Zweites Kapitel.

Zweites Kapitel.

Zwängungen.

@. 62.

‘ , Das Warmaufziehen.

Die Zwängungsverbindungen oder Zwängungen' dienen zur Herstellung fester Verbindungen zwischen Maschinentheilen. Der eine Theil wird dabei‘in der Regel gurtfdrmig um den anderen herumgelegt und so fest angespannt, dass die Reibung der auf- einandergepressten Flächen die relative Bewegung der Theile ver- hindert. Hierbei wird die Gurte oder Zwinge auf Zug, das um- gürtete Stück ‚auf Druck beansprucht. In der Mehrzahl der Fälle wird beiden Stücken die Form von Drehkörpern, nämlich Cylin- dem oder Kegelstumpfen gegeben.

Zur Hervorbringung des Zwängungsdruckes bediente man sich früher fast ausnahmslos des Warmaufziehens *) der Gurte, einer Methode, welche auch heute noch oft zur Anwendung kommt, jedoch derjenigen des Kaltaufziehens nachsteht. (Vergl. @. 64

zu Ende.)

_

Die Ausdehnung, welche durch Rothgluth herbeigeführt wird, beträgt bei Eisen wie Stahl nahe 1/30‚ die durch Zug bis zur Elastizitätsgrenze bewirkte dagegen bei

Schmiedeisen wie Gusseisen rund nur 1/1300,

bei Gussstahl „ „ 1/650.

Demnach sollte man einen, warm auf einen festen Eisenkern aufzuziehenden gusseisernen Ring (Nabe) nicht um 1/1300, besser nur um 1/1500 bis‘l/m'oo enger ausdrehen, als der Eisenkern dick

*) Von manchen Aufschrumpfen (besser wäre Aufschrümpfen) genannt.

Zwängungsringe. 175 ist. Der Ring kann alsdann “bei dunkler Rothgluth schon auf- gestreift werden. Bei schmiedeisernen und stählernen Zwing- ringen (Radreifen) ist die Vorsicht weniger ängstlich geboten, da namentlich ersteres eine mässige bleibende Ausdehnung ohne Schaden zu nehmen verträgt (vergl. 5. 2). Immerhin empfiehlt sich auch hier um so mehr Vorsicht, je weniger der Kerntheil elastisch nachgiebigist, will man nicht Gefahr laufen, dass die Zwingringe, namentlich bei grosser Kälte, zerspringen.

_ Sollen schmiedeiserne Gurten zum Befestigen von eisernen Zapfen an hölzernen Achsen dienen, siehe den sogenannten Spitz- zapfen, Fig. 178, so macht man den Schenkel der Achse komisch,

' Fig. 178_ worauf man den dun-

kelrothwarmen Ring mit dem Hammer auf- treibt. Anzug, d. i.

t{F%////j—/f_;/éä? Tangente des halben

\‚N =£\/€ff% ‚- Spitzenwinkels, zweck-

, %/////%Jf mässig = 1/20. Das

' % ‚ Schweden .konischer

‘ —. . Ringe ist umständlich;

\ nach der Clerk’schen Methode *) aber lassen sich cylindrische Ringe durch Glühen und Ablöschen mit Leichtig- keit konisch machen. Der glühende Ring wird zuerst bis zur Hälfte Fig. 179. seiner axialen Höhe

. - ' in den Löschtrog ge-

5* """""""" d “"""“"""T*‘ senkt und gekühlt und

.,... „ ‚. darauf rasch ganz ab-

i, E %: gelöscht. Die zuerst

i-. . , frisch abgekühlte un-

_ tere Ringhälfte staucht

die noch warme obere; durch Wiederholung des Verfahrens kann man die Zuspitzung mehr und mehr verstärken. Versuche in der Königl. Gewerbe—Akademie ergaben Folgendes.

"".

%

m '°‚‘

""""'T'

*) S. London Proceedings of the Royal Soc. 1873, March. Danach Civilingenieur 1864 (Bd. X), S. 238. —»Schmiedeisen dehnt sich bei je 1000 Erwärmung um Vase; also wenn die Rothgluth bei 11090 liegt (Dunkel- gelbroth des Pouillet) bei dieser um 11/896 oder A 1/sr Die erste Vier- engung müsste also ungefähr so viel betragen; sie betrug etwas mehr, nämlich °/„„ oder of» 1/„. Die sechste Ablöschung lieferte ;die Gesamt- verkürzung 16/217, was sehr nahe %, ist, also gut übereinstimmt.

176 Zwängungsringe.

Anfängliche Abmessungen, siehe Fig. 179, k = 40, 6 == 7,

“D = 215 mm. ‚ » '

Nach der ersten Ablöschung: Anzug y\« 3/80

» » zweiten » n » 4/80

\ » » dritten # n » _5/80

71 „ Vierten „ „ 77 7/80.

” 7) fiinften 77 ” ” 13/80 ‚

sechsten „ „ „ 16/80. ‚

” 71

. Abmessungen nach der letzten Ablöschung: D oben 201,

D unten 217 mm. .

Eine Gestängeverbindung, welche durch warm aufgesetzte Zwinan geschlossen wird, zeigt Fig. 180 (Seraing); sie hat sich

' sehr gut bewährt. Die Naben von

Zahnrädern an Walzwerken, För-

‚' dermaschinen u. s. W. werden

— MW®%WWW

sehr häufig durch Zwängungsringe

' verstärkt, auch wohl, wenn sie

‘/\ zwei- oder mehrtheilig gegossen

// \\ sind überhau t e t '

\\Jf ‚ _ , . _ p, rs zu einem

\f sehr mderstandsfah1gen Ganzen

. - verbunden *). ’

Fig. 180.

@. 63.

Das Kaltaufziehen.

An die Stelle des Warmaufziehens ist in der letzteren Zeit fiir’Zwängungsringe von nicht zu bedeutendem Durchmesser, wie z. B. fiir Rad'naben, Kurbel- und Hebelnaben, Hülsen von Kurbel- zapfen u. s. f. das Aufziehen in kaltem Zustande mittelst der Presse getreten. Ring und Kern werden entsprechend cylin—

drisch **) aus-‘ und abgedreht, an den Eintrittskanten gerundet und dann aufeinandergeschoben. Der Unterschied zwischen Höh- lungs- und Kerndurch’messer ist sehr gering zu nehmen, vergl.

die in 5. 19 gegebenen Berechnungen.

*) Eine Kolbenbefestig-ung durch Zwängungsverbindung, welche Warm geschlossen wird, siehe Berliner Verhandlungen 1876, Blatt XVI.

**) Manche drehen Kern: und Höhlung ganz schwach konisch; so ist für die unter den Nummern 15 bis 17 der unten folgenden Beispiele be- handelten Radnaben eine Konizität von 1 mm angewandt, beziehungsweise vorgeschrieben.

Kaltaufziehen.

1 77 Hinsichtlich der zum Aufziehen erforderlichen Kraft sei Folgendes bemerkt. Es ist einleuchtend, dass der Druck zum Schliessen der Verbindung mit fortschreitendem Eindringen des Kerns in die Höhlung zunimmt, “und zwar bei homogener cylin- dn'scher Hülse—nahe proportional dem Fortschreiten ausfallen muss, da er die gleitende Reibung der sich aufeinanderschiebenden Flächen zu überwinden hat.. Der Flächendruck }) zwischen den letzteren ist gleich der am Umfang des Kerns herrschenden (radialen) Spannung @1. Somit hat, wenn r der Halbmesser, ld1'e

Länge der Ringhöhlung, f der Reibungskoé'fficient ist, der Eintreibedriick den Maximalwerth Q:

Q=2rrzl@„‘ . . . (62)

’ ‘ “Hieraus folgt, wenn f = 0,2 gesetzt wird, was mittleren Ver- hältnissen zu entsprechen scheint,

__ 59

p=@l_m

. . . . . . . . (63)

Für die (tangentiale) Spannung @, in der Ringläubung hat man nach @. 19 (vor Formel 37): ‘

, ‚ 1 — ';

——=—51 9 . . . . . . . . . . . . 64

( ) wenn nämlich bei der VWanddicke 6 derHülse der Werth @ ist:

6 2 4

‚ (1 + 7) _ 1

9 = W—

f@+fi+l

Dieser Ausdruck liefert, wenn:

...(65)

„O 03 G) €.“ 9 ‚J; _l O‘ „C ‚p 03 ® __0 u; 05 CL? 53

&

1,1 1,2 1,8 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0

= 0,630 0,658 0,682 0,704 0,724 0,744 0,759 0,774 0,7 87 0,800

Als Beispiele sind in der umstehenden Tabelle Angaben, Welche der Praxis des Eisenbahnwesens entnommen sind, vor- geführt. ' In derselben bedeutet 27 die Weite, l die Länge, 8 die Wanddicke der Nabe, Q den Eintreibedruck; ferner Schm. Schmied- eisen, Gss. Gusseisen, St. Stahl, Gsst. Gussstahl, st. Feinkorneisen.

Bsst. Bessemerstahl.

Beuleaux,der Konstrukteur.

12

12*

Nr.

T a b e l l e ü b e r

@. . . a u s g e f ü h r t e Z w ä n g u n g a v e r b i n d u n g ‘ e i 1 .

@ K i ] .

___—'— Bemerkungen

F|NCOÜ\QCD

P'flv—O

Königl.pr6uss.’Ostbdhn Lokomotiv—Treib-u.Kuppelräder. Lokomotiv-Laufräder......,. Tenderräder... do. OberschlesischefBahnen Lokomotiv-Treibi-äder..‘.... Lokomotiv-Laufräden...... Tenderrä.der.. Gast.Scheibenrädéf.Wagen

W a g e n r ä d e r , w i e 1 b 1 8 3 1 n i t h p 0 1 0 1 1 0 2

Schm.Speichenräderf.do..... Hannövrz'scheStaatsbahn Lokomotiv-Treib-u.Kuppelräder Lokomotiv-Laufräder...... Normalrädersatzf.Wagen.... Magdeburg—HalberstädterBahn Wagenräder........... Wagenräder... Lokomotivräder.........

‚n...-.. SaarbrückerBahn Lokomotiv-Treib- do. do.do.... 'Lokomotiv-Laufräder....... Tenderachsen........... do. do....-.... Normalräderaatzf.Wagen..... Rädersatzf.Schienenwagen do.f.Kohlenwagen..... do.f.Personenwagen....

u.Kupgelräder Riga-DünqbyrgerBeim’ Treib-u.Kuppelrad,Stephenson.. Lokomotiv-Laufrad,''do.—... Tenderrad,do.... Treib-,Kuppel-u.Laufrad,Barsig Tenderrad,do. Personenwagenrad,Ashbury... Güterwagenrad,v.d.Z%pen.... o.o..... LokomotivbauanstaltBorsig Lokomotivlaufräderu.Tenderräder. Lokomotiv-Treib-n.)Kuppelachsen. KurbelzapfendieserAchsen.... 1)230—60mmwegeneiner60mm

190 190 130 130 183 185 160 145 130 130 191 172 130 130 130 180 176 177 193 151 132 150 150 130 130 131 105 178 165 136 175 138 120 131 131 150—200 170—200 100—150

200 170 170 235 200 177

1 7 0 1 8 0 1 8 5 1 7 0 1 ) 1 8 5

60—80 80—100 50—60

Schm. ‘Schm. Schm. Schm. Gast. Gast. Schm. Schm. Schm. Gast. .Schm. Schm. Schm. Schm. Schm. Gast. Schm. Schm. Schm. Schm. Schm. Schm. Schm. Schm. Schm. Schm. Schm. Schill}

Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast. Gast.

HI

Gast. Gast. Gast. Gast. Schm. Schm. Gast. Gast. Fka. Fka. Gast. langenAussparunginderNabenläubung. 2)InnendurcheinenRingvon40auf30mm,aussendurcheinensolchenvon50auf23mmgebunden.'

73000 73000 54000 50000 70000 100—150000 75—100000 50—60000

MitKeil,Vdrachrift Ohne„„

R$=RR

!:

11 11 71 11 MitKeil,gemessen— 0hfl’e

„11 50— 60—

60000 70000

” 'n

R=R

” 71 11 75—80000 65—70000 40—50000 50— 50— 80—

60000

6 2 7 0 0 1 1 2 5 4 0 1 1 2 5 4 0 9 0 0 0 0 6 2 2 0 0 7 6 4 0 0 9 0 0 0 0 7 5 - 8 8 0 0 0 7 5 0 0 0 8 8 0 0 0 5 0 - 7 5 0 0 0

60000 90000

MitKeil,Vorschrift Ohne„-„ 1111'11 OhneKeil,gemessen „1111

Ohne

„„

178 Zwangungsverbindungen. Kaltaufziiahen. 179

Nr.AnbringungsstellederNabe AbmessungenMaterial 2rlHülseKernKi].

Bemerkungen 40 41 42 47 49 50 52

LokomotiebauanstaltWähler Lokomotiv-Treib-u.Kuppelräder Lokomotiv—Laufräder...,. Tenderräder.._.‚.. Fränzösz'scheNordbahn Lokom.-Kuppel-u.Leufr.,Stephenson do.do.Olaeyran TenderrädermitstarkenNa.en.. Kurbelzapfen......4.\. Paris—Lyon-Mittelmeer-thn.„'. Lokomotiv-Treibräder.... do.Laufräder.... Tenderräder........ Wagenräder........ do......... Kurbelzapfen.......‘.

..

Ill!

75 65

III!

Schm. Schm. Schm.; InderMehrzahlderjenigenFälle,beiwelchendieEintreibekraftals stattgefunden,wennineinRadeineErsateaehseeingepresstwurde.

Schm

_‚._‚

od._St. Schm. Schm. ‘Schm. [Schm. od.St. Gast.

1 0 0 0 0 0 } 1 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 '

MitKeil,gemessen Ohne„n, nn_» Vorschrift MitKeil,gemessen Ohne„„ „gemessen“bezeichnetist,hatdieErmittelämg

180 Kaltenfziéhen.

Aufziehen in Siedehitze. 181

Bei No. 12 liefert Formel (63) den Werth 61 = 5 . 80 000 : 19171 178

= 3,8 Ic ; e ist nach (65) = 0,53 und damit gemäss (64) : 62 = 7,17 h.

Bei No. 10 wird 6, = 5.100 000:130n170 = 7,2 k; 9 = 0,44, @,

= 16,3 70. « -

Bei No. 37 erhalten wir 61 = 5 . 100 000 : 190 n 170 =4,86 k ; 9 = 0,526, und damit 62 = 9,24 10.

Bei No. 16 ergäbe sich für 9:60 00070 der Werth 61 = 3,41; 9 ist

= 0,77, damit @, = 4,43. ‚ Bei N0. 17 kommt 6, = 4,68, 9 = 0,569,

62 = 8,2 70. Beidemal erscheinen nicht unbedeutende Spannungen.

Naben,'welche von den Achsen abgezogen werden, zwängen sich wegen der beim Auf- und Abziehen’i eingetretenen Abnützimg der aufeinander gezwängten Flächen nicht mehr so fest auf , als es beim ersten mal geschah. Man kann sie durch Aufsetzen schmiedeiserner Zwängun'gsringe angemessen lverengen. Solche Binderingé für Eisenbah1fiäder erhalten rechteckige Querschnitte von 50 auf 25, 55 auf 20, 40 auf 30 mm 11. s.w. Im allgemeinen zeigen die Vorschriften für, den Eintreibedruck der Eisenbahn—

achsen eine Steigende Tendenz; Für Rädersätze, bei welchen man sich früher, und. noch vor Kurzem, mit 30 bis 40 000 k Ein- tréibedrqu bégnügte, wird jetzt 40 bis 50000 k verlangt; bei Lokomotivachsen scheint man allgemein auf 100 000k und mehr hinzuwollen. Es handelt sich wohl darum, ein wiederholtes Ab—

ziehen statthaft zu machen. ‚. . , \ . ;

Neben dem .A'ufzwängen mittelst der Presse und dem Auf- schrümpfen' in Rothgluth (€. 62) beginnt das Aufziehen in Siede- hitze aufzukommen. Diese Methode verdient Beachtung, weil sie eine ausserordentliche Gleichmässigkeit der Erwähnung sichert und. von mancherlei Unbequemlichkeiten, welche beim ‚Glühend- aufziehen unvermeidlich sind, frei ist; auf russischen Bahnen ist sie mit bestem Erfolg für das Aufsetzen der -Radreifen — der Seheibénrä;der eingeführt; Die“ sehr genau auf das“ erforderliche Maass (etwa 3/4 mm Durchmesserunterschied auf 1 m) ausgedehn—

ten Reifen werden am Kran in einen eisernen Wasserbehälter eingetaucht, inwelchem ein eingeleiteter Dampfstrom die Siede- temperatur fortwährend erhält. Eine Eintauchung von 10 bis 15 Minuten Dauer genügt, den Reifen auf etwa 1000 zu erwärmen,

worauf die Aufstreifung bewirkt _wird. Drei Arbeiter setzen im _elfstündigen Arbeitstage 12 bis 14 Reifen auf *). Vielleicht, kann die Methode auch beim Aufsetzen der Radn'aben gute Dienste

leisten. ‘ , .

*) Eng. u. Mining-Journal, Newyork, 1878, Juni, S. 424.

182 Berechnung von Zwängungsringen.

@. 65.

Berechnung der Abmessungen kalt aufzuzwän- gender Ringe.

Wennschon die Formen der Radnaben manchmal etwas von der cylindrischen Gestalt abweichen, konnten - die entstehenden Spannungen doch immerhin annähernd aus den oben angegebenen Formeln entwickelt werden. Diese können aber auch noch dazu dienen, die Wanddicken, Welche man kaltaufzuziehenden Naben, Hülsen, Walzen (Zuckerrohrwalzen), um sie vor dem Zer- springen beim Eintreiben zu schützen, zu geben hat. In (62) statt der Radialspannung @, die Tangentialspannung & einführend, erhält man: Q = 2 zrlf@, @, und hieraus mit (65): '

ö_ 2”Tlf@2+Q‚

7_|/m—1. . . .(66)

Hierbei ist Q die Maximalkraft, mit welcher die Nabe einer Längsverschiebung wie auch einer Drehung auf dem Kern wider- steht. Sucht also ein verdrehendes Moment PR die Hülse um die Achse zu drehen, so muss Qr @ P R sein. Qr : PR wird die Sicherheit gegen das Gleiten durch Drehung darstellen. Die Konstruktion ist überhaupt nur dann möglich, wenn 2arrlf@2 > Q ist. Je nachdem man 62 und Q wählt, kann man sehr ver- schiedene Wanddicken erhalten.

Beispiel. Borsig’sehe Sehnellzuglokomotioe der Wiener Weltausstel- lung.

Zwei;gekuppelte Triebräalerpaare von 970 mm Halbmesser ohne Keil;

Kolbendurchmesser 432 mm, Dampfdruck 10“ Atm., d. i. W 1/10 h auf den qmm; Kurbelarm R = 279 mm. Kommt bei etwaigem Gleiten dreier Räder die ganze Wirkung des Kolbendruckee auf ein einziges Rad, so ist

PR = 4322 0,785. 0,1 . 279 = 14657.279. ‘

Abmessungen der Nabenhöhlung: r = 98, l = 200 mm. _Dies gibt PR :r

= 4089 303:98 = 41730 70. Dem Momente 4089 393 würde die Reibung an dem einen nicht g'leitenden Bude allenfalls noch widerstehen können.

Demnach muss Q nothwendig > 41730k sein. Nehmen wir an, man wolle Q = 70 000k haben und wählt, da die Nabe aus Sehmiedeisen besteht,

@, = 5, so kommt bei f = 0,2 (wie bisher):

6‘_ Mm_ _] /193150_ _ ——_1_

er 1—— 53150 1_V3,61 _0‚9‚

woraus folgen würde: d‘ = 98 . 0,9 = 88,2 mm. Die Ausführung zeigt 90 mm.

Federnde Zwingen. . 188 Die Gurtform ist, wie nicht zu vergessen bleibt, für das zwä.ngende Stück nicht unbedingt erforderlich; mitunter können andere Formen geeigneter sein. Ein Beispiel gibt die Ehrhardt’- sche Flantschenverbindung *), Fig. 181. Hier dienen Klammern aus Gussstahl, gehärtet, zum Schliessen der Verbindung. Sie

Fig. 181.

zwängen die schwach'vorspringendenl‘lantschen zusammen, und zwar werden sie mittelsteiner Schraubzange aufgesetzt oder ab- genommen. - Proben an Dampf- und Luftleitungen (bei pneu—

matischen Pfeilergriindungen) und. solche mit derhydraulischen Presse haben die Verbindung als bewährt erwiesen.

Die Zwängungsverbindungen nehmen an Verwendung fort—

während zu und scheinen noch für mancherlei Konstruktionen nützlich werden zu wollen. Es ist zu erwarten und zu hoffen, dass in einiger Zeit die Zwängungspresse, für welche die Firma Schäfl'er u. Budenberg vorzügliche Hydromanometer liefert, ein unentbehrliches Werkzeug in jeder grösseren Maschinenbauanstalt geworden sein wird. (Vergl. noch Kap. X und. XI.)

*) Königl. preuss. Patent vom 23. Mai 1876, Nr. 159, ein durch Zeich- nung, Beschreibung und Modell nachgewiesener Flantschenverschluss.