DE2060280A1

DE2060280A1 - Verbindung zwischen Keramik- und Metallteilen

Info

Publication number: DE2060280A1
Application number: DE19702060280
Authority: DE
Inventors: Roy Lindop; Gordon Sedgwick; Nelson Tom Worsley
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1969-12-09
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1971-06-16
Also published as: GB1326017A; AU2302470A; SE367473B; CA928356A; US3746374A; FR2073154A5

Description

Verbindung zwischen. Keramik- und Metallteilen

Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen Metall- und Keramikteilen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Verbindung in verbesserter Form vorzusehen.

Eine Verbindung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch erste und zweite im wesentlichen koaxiale Metallteile ringförmigen Querschnitts, die mit im wesentlichen koaxialen Rotationsflächen versehen sind, wobei die Flächen gerade Mantellinien haben» die gegeneinander geneigt sind, und einen Keramikteil ringförmigen Querschnitts mit zwei Rotationsflächen, die gerade Mantellinien haben und deren Neigungen gegenüber ihrer gemeinsamen Achse jeweils im wesentlichen gleich den Neigungen zur zugehörigen Achse der Mantellinien der Flächen an den Metallteilen sind, wobei die Metallteile miteinander verbunden sind, derart, daß eine Relativbewegung zwischen ihren Rotationsflächen während einer thermischen Ausdehnung ermöglicht ist und daß durch eine Einspannung eine Anlage an den entsprechenden Flächen am Keramikteil erfolgt, wobei eine solche Anordnung vorgesehen ist, daß während der thermischen Ausdehnung Punkte an den Flächen der Metallteile sich an Wegen entlangbewegen, die die Mantellinien der entsprechenden Flächen bilden.

109825/1382

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand von Ausfiihrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Schnitt durch eine Verbindung, Fig. 2 eine Einzelheit aus der in Fig. 1 gezeigten Verbindung,

Fig. 3 die Darstellung des Effektes eines Temperaturanstiegs auf den in Fig. 2 gezeigten Teil der Verbindung und

Fig. 4-7 Darstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Sei der in Fig. 1 gezeigten Verbindung weist ein im wesentlichen zylindrischer Metallteil 10 einen Flansch 11 auf, und er ist mit einer koaxialen kegelstumpfförmigen Fläche 12 versehen. Sin Metallring ist zur Anlage am Teil 10 vorgesehen und weist eines nach innen gerichtete Lippe auf, die eine kegelstumpfförmige Fläche 14 bildet* Der eingeschlossene Winkel der Fläche 12 ist kleiner als der der Fläche 14· Ein im wesentlichen zylindrischer Keraaikteil 15 weist einen nach außen gerichteten Flansch 16 auf. Der Flansch 16 ist mit zwei koaxialen kegelstumpfförmigen Flächen 17t18 versehen, deren eingeschlossene Winkel jeweils gleich den eingeschlpsseenen Winkeln der Flächen 12, 14 sind. Der Flansch 16 sitzt zwischen den Seil und dem Ring 15* Der Ring 13 wird durch Schrauben 19 in Richtung auf den Teil 10 gedrückt, um den Flansch 16 durch eine Einspannwirkung zu sichern.

In Fig. 2 ist die Lage dee Flansches 16 gegenüber dem Teil 10 und dem Ring 13 gezeigt, die er bei der Montage einnimmt. In Fig. 3 ist die Anordnung bei einer höheren Temperatur gezeigt, die trotzdem unter dem Wert liegt, bei dem das Material des Teils 15 irgendwelchen nennenswerten Maßänderungen unterliegt. Der Temperaturanstieg bewirkt, daß der Teil 10 und der Ring 13 sich radial ausdehnen. Die axiale Abmessung des Teil· 10 innerhalb des Rings 13 ist geringer als die Axialabmessung des Rings 13 selbst. Sine Ausdehnung bewirkt deshalb auch, daß die Fläche 14 von der Fläche 12 wegwandert· Der Unter sohl ed zwischen den eingeschlossenen Winkeln der Flächen 12,

109825/1382 -3-

"ZJ ■ - --

^: ''^:'-" ■■■■■: " ^l ■»=( !"'!"HT mngiRs f ■'» ü

— 3 "*

hängt von der relativen radialen und axialen Ausdehnung des 10 und des Hinge 13 ab, vorausgesetzt, daß Maßänderungen im !Teil 15 außer acht gelassen werden können. Für einen bestimmten Winkel der Flächen 12, 17 bestimmt sich der Winkel für die Flächen 14t18 durch die Lage eines Punktes auf der Fläche 14» der als Folge einer radialen und axialen Ausdehnung des Teils 10 und des Bings 13 gegenüber dem Flansch 16 wandert; Eine Einspannwirkung wird damit af den Flansch 16 aufrechterhalten, während gleichzeitig auf den Teil 15 keine Spannung als Folge einer thermischen Ausdehnung ausgeübt wird.

Für praktische Zwecke kann angenommen werden, daß der !Beil 10 und ^

der Ring 13 gleiche radiale Ausdehnungen haben. Wenn die Ausdehnung ^ des Teils 15 berücksichtigt werden muß, kann jede axiale Ausdehnung des Flansches 16 ebenfalls außer acht gelassen werden. Sie effektive radiale Ausdehnung des Teils 10 und des Rings 13 ist in diesem Falle die Gesamtausdehnung dieser Bauteile minus der radialen Ausdehnung des Flansches 16. Der Winkel zwischen den Flächen 12,17 und den Flächen 14,18 ist kleiner, als wenn die Ausdehnung des Teils 15 fehlt oder außer acht gelassen werden kann.

Vorzugsweise sind die kegelstumpfförmigen Flächen an den Teilen auf eine glatte Oberfläche gearbeitet, um ein Gleiten zwischen dem Flansch 16 und dem Teil 10 sowie dem Ring 13 zu ermöglichen. Alternativ sitzen gemäß der Darstellung in Fig. 4 zwei Lagen 20, 21 aus einem ge- Λ eigneten elastischen Packungsmaterial zwischen den Flächen 12, 17 bzw. 14» 18. Solche Packungsmaterialien sind unter den Warenzeichen "FIBEBFAX" und "KOA-WOOL¹¹ erhältlich. Eine Bewegung zwischen den Metall- und Kerakikflachen wird in diesem Fall von den Lagen 20, 21 absorbiert." Die Oberflächen der Lagen 20, 21 sind vorzugsweise im wesentlichen identisch, so daß die Verdichtung der Lagen gleich ist.

Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Verbindung besteht aus einem zylindrischen Metallteil 30 mit einem Flansch 31, der eine kegelatuapfföraige Fläche 32 hat. Ein Metallring 33 ist durch Schweißen oder Härtverlöten mit dem Teil 30 verbunden, und er hat eine ke-

109825/1382

gelstumpfförmige Fläche 34· Die eingeschlossenen Winkel der Flächen 52, 34 sind gleich. Die Flächen 32, 34 sind jedoch nicht parallel und bilden eine Ringausnehmung, in der eine Keramikscheibe 33 sitzt. Die Scheibe 35 hat kegelstumpfförmige Flächen, die mit den Flächen 32, 34 fluchten. Dabei ist eine solche Anordnung vorgesehen, daß eine thermische Ausdehnung ein Wegwandern der Fläche 34 von der Fläche 32 bewirkt, so daß der Teil 30 und der Ring 33 sich in die dargestellte Lage radial ausdehnen können. Dabei wird die Einsapnnwirkung auf die Scheibe 55 im wesentlichen aufrechterhalten, wie das zuvor beschrieben worden ist.

Die in Fig· 6 gezeigte Anordnung entspricht im wesentlichen der in Fig. 5 gezeigten, außer daß ein Keramikteil 40 selbst kegelstumpfförmig ausgebildet ist und eine Innenfläche 4I hat, die eine der Flächen der Verbindung bildet.

In den genannten Anordnungen sind die peripheren Abmessungen der beiden Metallteile am Eeramikteil derart, daß ihre radialen thermischen Ausdehnungswerte im wesentlichen gleich sind. In der in Fig. 7 gezeigten Anordnung haben zwei Metallteile 45, 46 jeweils nicht-parallele kegelstumpfförmige Flächen 47» 48, und sie sind so miteinander »verbunden, daß sie an einem Keramikteil 49 anliegen. Der Keramikteil 49 hat entsprechende kegelstumpfförmige Flächen, wie das zuvor beschrieben worden ist. Ein Anstieg in der Temperatur führt zu einer größeren radialen Ausdehnung des Teils 46 als des Teils 45 am Teil 49· Die Ausdehnung des Teils 45 bewirkt, daß der Teil 49 sich ihm gegenüber gemäß der Darstellung nach links bewegt. Die Fläche 48 wandert von der Fläche 47 weg, die zunehmende Dicke des Teils 49 hält die Teile 45» 46 jedoch eingespannt.

Die in Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungebeispiele können natürlich mit geeignetem elastischen Packungsmaterial vorgesehen sein, wie das im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben worden ist.

Patentansprüche

109825/1382

Claims

■"♦'!Fiaif !!!!!!'!!!!'"IIIM1"!!"-- !■!llin Patentansprüche

1.!Verbindung, gekennzeichnet durch erste und zweite im wesentlichen koaxiale Metallteile (10,13,50,55»45»46) ringförmigen Querschnitts, die mit im wesentlichen koaxialen Rotationsflächen (12,14,32,54,47, 48) versehen sind, wobei die Flächen gerade Hantellinien haben, die gegeneinander geneigt sind, und einen Keramikteil (15,55,40,49) ringförmigen Querschnitts mit zwei Rotationsflächen (I7»18,4i)» die gerade Mantellinien haben und deren Neigungen gegenüber ihrer gemeinsamen Achse jeweils im wesentlichen gleich den Neigungen zur zugehörigen Achse der Mantellinien der Flächen an den Metallteilen sind, wobei die Metallteile miteinander verbunden sind, derart, daß eine Relativbewegung zwischen ihren Rotationsflächen während einer thermischen Ausdehnung ermöglichet ist und daS durch eine Einspannung eine Anlage an den entsprechenden Flächen am Keramikteil erfolgt, wobei eine solche Anordnung vorgesehen ist, daß während der thermischen Ausdehnung Punkte an den Flächen der Metallteile sich am Wegen entlangbewegen, die die Mantellinien der entsprechenden Flächen bilden.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Rotationsflächen (12,14,32,34,47»48> an den Metallteilen (1O,13»3O, 35,45,46) ein ieies Ende hat und der Keramikteil (15,35,40,49) sich zwischen diese Enden erstreckt, daß die Metallteile (1Q,13»3O,55»45> 46) an einer Stelle miteinander verbunden sind, die im Abstand von den freien Enden liegt, und daß die axiale Abmessung eines der feile zwischen der Stelle und dem freien Endt des einen Seils größer als die entsprechende Abmessung am anderen der Teile ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Rotationsflächen (12,14*32,34»47»48) an den Metallteilen (10,13»30, 35,45,46) ein freies Ende hat und der Keramikteil (15,35»40,49) eich zwischen die Enden erstreckt und daß der Radius des freien Endes eines der feile größer als der Radius des freien Endes des anderen der feile ist»

24 409

Wa/fi " ^S "

109825/1382

4· Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsflächen (32,34) in Sichtung auf die freien Enden divergieren,

5. Verbindung nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsflächen (12,14,47,48) in Richtung ,auf die freien Enden konvergi eren.

6. Verbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die eingeshlossenen Winkel der Rotationsflächen (32,33) im wesentlichen gleich sind.

7« Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsflächen zur Ermöglichung eines Gleitens zwischen nebeneinandersitzenden feilen glatt ausgebildet sind.

8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Lagen (20,21) aus einem elastischen Packungsaaterial zwischen nebeneinandersitzende Rotationsflächen gesetzt sind.

109825/1382

Lee rse i te