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Vorrichtung zur beweglichen Ver-
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bindung von Bauteilen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur beweglichen Verbindung von Bauteilen, mit der die Bauteile miteinander so verbunden
werden, daß sie mindestens in einer Richtung gegeneinander verschiebbar sind.
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Verbindungen dieser Art können in allen technischen Gebieten angewandt
werden. Sie sind insbesondere für Verbindungen von Bauteilen mit sehr unterschiedlichen
Wärmedehnungskoeffizienten von besonderem Vorteil, wenn die Bauteile stärkeren Temperaturschwankungen
unterworfen sind.
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Ein Anwendungsbeispiel ist die sogenannte Parabol-Sonnenkollektor-Anlage.
Bei derartigen Anlagen werden mehrere, im wesentlichen aus einem Parabolspiegel
und einem Absorber zur Umwandlung der Strahlenenergie in Wärmeenergie bestehende
Kollektoren nebeneinander auf ein Traggerüst angeordnet und befestigt.
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Die Anlage wird schließlich schwenkbar gelagert, um sie der Sonnenlage
nachstellen zu können.
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Wichtig ist bei so einer Anlage, daß die Parabolspiegel möglichst
genau entsprechend der Sonneneinstrahlung orientiert sind und daß deren Reflexionsfläche
der theoretischen Rotationsparaboloid-Fläche weitestgehend angeglichen ist. Es müssen
folglich bei der Montage der Reflektoren nicht nur die fertigungstechnisch bedingten
Ungenauigkeiten sondern auch die starken Wärmedehnungen des Reflektors beachtet
werden, um Verwindungen der Reflektoren zu vermeiden. In geeigneter Weise lassen
in diesem Fall einerseits verstellbare Befestigungsmittel eine genaue und rasche
Montage zu, während durch nach der Montage beweglich bleibende Verbindungen, Spannungen
und Verwerfungen unterbunden werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstell- und
montierbare Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einerseits eine
zuverlässige Gleitbewegung und auf der anderen Seite aber einen sicheren, festen
Halt in den übrigen Richtungen gewährleistet.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem ersten Bauteil
eine Schelle zugeordnet ist, die mindestens teilweise ein dem zweiten Bauteil zugeordnetes
Gegenelement umgreift, und daß Mittel vorgesehen sind, die eine Gleitbewegung in
der gezielten Richtung zulassen.
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Hierdurch ist eine mit fertigungstechnisch sehr einfach herstellbaren,
an den einzelnen Anwendungsfall leicht anpaßbaren Elementen bestückte Verbindung
erreicht, die mindestens mit drei Bewegungs-Freiheitsgraden ausgebildet werden kann.
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Nach einer sehr einfachen Ausgestaltung gemäß der Erfindung ist die
Schelle einstückig mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet, wobei die Innenseiten
der beiden Schenkel flächenparallel sind und in Gleitkontakt mit dem Gegenelement
stehen.
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Bei einem quader- oder rohrförmigen Gegenelement wird die Schelle
seitlich aufgeschoben, so daß die beiden Elemente in einer Ebene gegeneinander gleiten
können, aber in der senkrecht zur Gleitfläche gerichteten Richtung unbeweglich sind.
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Durch Anschläge, die an dem einen oder anderen Element vorgesehen
sein können, ist es möglich, eine Führung bzw. eine Begrenzung der Beweglichkeit
herzustellen.
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Eine weit ausbaufähige Ausgestaltung besteht darin, daß die Schelle
zweiteilig ausgebildet ist, wobei mindestens ein Teil mit dem ersten Bauteil verbunden
ist, während das zweite Teil nach dem Einführen des Gegenelementes an das erste
Teil befestigt wird. Die mit dem Gegenelement zusammenwirkenden Innenflächen der
Schelle können je nach Anwendungsfall polygonartig oder zylindrisch sein und entsprechende
Gleitflächen aufweisen.
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Das Gegenelement ist entweder ein für die entsprechende Verbindung
bestimmtes Teil, das starr oder verstellbar mit dem zweiten Bauteil verbunden ist,
oder aber das Bauteil selber ist, wie z. B. Rohre, Verstrebungen eines Gerüstes.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung ist insbesondere geeignet,
um Reflektoren von Parabol-Sonnenkollektoren an ein Traggerüst zu befestigen. Die
Verbindungsmittel halten einerseits den Reflektor in seiner Lage am Gerüst fest
und erlauben jedoch eine freie Beweglichkeit des Reflektors, die aufgrund von Wärmedehnungen
erfolgt. Diese Bedingung ist beispielsweise insbesondere dann sicher erfüllt, wenn
eine starre Verbindung mit weiteren beweglichen Verbindungen gemäß der Erfindung
kombiniert werden, so daß eine absolute Verschiebung des gesamten Reflektors auf
dem Gerüst keinesfalls erfolgen kann, während die gerichteten Dehnungen sich spannungslos
ungehemmt entfalten können.
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Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
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Die dargestellten Figuren zeigen je ein Ausführungsbeispiel.
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In Fig. 1 ist eine sehr einfache Ausführungsform gezeigt, bei der
eine einstückige U-förmige Schelle 10 vorgesehen ist, die
mit einem
ersten Bauelement 11 starr verbunden ist und auf ein Flachteil 12 eines Gegenelementes
13 aufgeschoben wird.
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Die Innenseiten der beiden Schenkel der Schelle 10 sind parallel zueinander
ausgebildet und mit einer Gleitschicht 15 überzogen, die je auf eine Seite des Flachteils
12 aufliegen, derart, daß die Schelle 10 und das Gegenelement 13 keine Relativbewegung
in der Z-Richtung ausüben können.
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Gleitbewegungen in der XY-Ebene sind durch die Stirnseiten der Schelle
10 führende Anschläge 17 auf die Richtung Y begrenzt.
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Bei dieser Ausführung ist also ein zweites Bauteil 14, an dem das
Gegenelement 13 befestigt ist, mit dem ersten Bauteil 11 so verbunden, daß sie sich
in der Y-Achse relativ zueinander bewegen können.
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In Fig. 2 sind Kombinationen gezeigt, bei denen eine offene schelle
20 bzw. eine geschlossene Schelle 21 mit einem zylindrischen Gegenelement 22 zusammenwirken.
Die offene Schelle 20 ist in ähnlicher Weise wie die Schelle aus Fig. 1 ausgebildet
und mit die Bewegung in der Y-Achse begrenzenden Anschlägen 23 versehen. In diesem
Fall sind ungehinderte Gleitbewegungen in der XY-Ebene möglich sowie eine Rotation
um die Zylinderachse.
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Die geschlossene Schelle 21 ist ovalförmig mit Gleitflächen 25 ausgebildet.
Wenn keine Begrenzungen bzw. Anschläge vorgesehen sind, dann hat auch diese Kombination
drei Bewegungsfreiheitsgrade, sie kann jedoch nur dann verwendet werden, wenn die
Schelle
frei auf das Gegenelement 22 aufgeschoben werden kann.
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In vielen Anwendungsfällen für bewegliche Verbindungen werden mehr
als eine Verbindungsstelle benötigt, die im allgemeinen ihre relative Lage zueinander
nicht verändern können. Diese Tatsache kann dazu verwendet werden, um ungewünschte
Freiheitsgrade einer Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung zu unterbinden und
somit eine Verbindungsvorrichtung in ihrer fertigungstechnischen einfachsten Ausführung
beibehalten zu können.
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Die an ein und dasselbe Bauteil befestigten Schellen bilden somit
eine starre Baueinheit, die mit ebenfalls zueinander starr verbundenen Gegenelementen
zusammenwirken. In Fig. 2 ist beispielsweise so eine Verbindung schematisch gezeigt.
Die Drehbewegung einer Schelle 21 wird durch deren starren Verbindung mit einer
zweiten Schelle 21 unterbunden, weil die zweite Schelle durch ihre Unbeweglichkeit
in der Z-Richtung eine Kreisbewegung um die Zylinderachse des ersten Gegenstückes
22 nicht vollziehen kann. Es ist hierbei ebenfalls eine starre Verbindung zwischen
den beiden Gegenelementen unterstellt.
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Es ist also möglich, die Verbindungsvorrichtungen fertigungstechnisch
sehr einfach und außerdem rasch montierbar mit mehreren Bewegungsfreiheitsgraden
herzustellen und sie in Verbindung mit den beiden Bauteilen durch entsprechende
Kombination und
Orientierung dem gewünschten Zweck anzupassen.
Eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen mit mehreren Verbindungselementen wird in
der Regel vereinfacht, wenn mindestens eine Verbindungsvorrichtung eine zweiteilige
Schelle hat, die nach dem Zusammensetzen der beiden Bauteile miteinander verbunden
werden. Ausführungsbeispiele mit zweiteiligen Schellen werden im folgenden beschrieben.
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In einer einfachen Art könnte die Schelle 21 aus Fig. 2 aus zwei Hälften
angefertigt sein, die miteinander verschraubt oder mit einer Klemmvorrichtung zusammengehalten
werden können, wie es z. B. notwendig wäre, wenn die Gegenelemente 22 die Rohrverstrebungen
eines Gerüstes sind.
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Für eine eindimensional bewegliche Verbindung mit einem zylindrischen
Gegenelement kann die Schelle gemäß Fig. 3 bis 5 ringzylindrisch ausgebildet werden
und mit elastischen Gleitelementen ausgerüstet sein. In Fig. 3 ist eine derartige,
aus zwei Schellenhälften 30 und 31 bestehende Schelle gezeigt, die an der Innenfläche
32 eine Ringnut 33 hat. Die Ringnut 33 ist in Fig. 4 und 5, die die Schelle im Schnitt
zeigen, verdeutlicht. In der Ringnut 33 ist ein elastisches Gleitelement eingesetzt,
das entweder aus Metallfedern 35, 36 oder 37, oder aus einem Kunststoff oder Gummiring
38 bzw. 39 besteht. Die Federelemente 36 drücken in der Ausführung in Fig. 5 auf
einen flächigen Gleitring 40 aus Metall oder Kunststoff. In der
rechten
Hälfte von Fig. 5 ist eine Ausführung mit geringer Gleitfläche gezeigt, die aus
einer wellenartig geformten Blechfeder 37 besteht.
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Zwischen dem Gegenelement 34 und der Innenfläche 32 der Schellenhälften
verbleibt ein minimaler Spalt 41, um damit die gewünschte Gleitbewegung in der Achsenrichtung
zu ermöglichen.
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In vielen Fällen wird das Gegenelement direkt das zweite Bauteil sein,
wie es z. B. bei Gerüsten oder anderweitigen Verstrebungen der Fall ist, an denen
Vorrichtungen anmontiert werden sollen. Im Fall von rohrartigen oder zylindrischen
Verstrebungen ist es nicht immer erwünscht, daß die Verbindungsvorrichtung eine
Drehbewegung um das Rohr ausüben kann. Für diese Fälle kann in einer einfachen Art
auf das Rohr an der Verbindungsstelle gegenüberliegende Nasen 45 angebracht werden,
wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die Stirnseite 46 der Nasen 45 ist als Gleitfläche
ausgebildet und wirkt mit der Bodenfläche einer Ausnehmung 47 in der Schelle 48
zusammen. Der Innenradius 49 von der Schelle 48 ist in diesem Fall um einen bestimmten
Betrag größer als der Außenradius 50 des Gegenelementes 51.
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Die Nasen 45 und die Ausnehmungen 47 können entsprechend den gewünschten
Bewegungsfreiheitsgraden gestaltet werden. Bei einer Relativbewegung auf der XY-Achse
ist es vorteilhaft, wenn die beiden Elementen zylindrisch gemäß Fig. 7 ausgebildet
sind,
während rechteckige Querschnitte für eindimensionale Bewegungsfreiheit
günstiger sind, Fig. 8. Die Fig. 7 und 8 zeigen jeweils einen Querschnitt entlang
der Linie A-A aus Fig. 6.
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Im allgemeinen ist es möglich, die Innenfläche einer Schelle polygonartig
auszubilden. Die Schelle 55 nach Fig. 9 hat eine zylindrische Offnung mit hexagonalem
Querschnitt. Zwei gegenüberliegende Flächen 56 stehen im Gleitkontakt mit zwei Flächen
geringerer Breite eines Gegenelementes 57. In diesem Fall können die beiden Verbindungselemente
keine Schwenkbewegung aber Gleitbewegungen in der XY-Ebene durchführen. Im Querschnitt
entlang der Linie B-B, der in Fig. 10 gezeigt ist, sind die Spielräume zwischen
dem Gegenelement 57 und der Schelle 55 besser zu sehen.
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Die Beweglichkeit in der Y-Achse ist durch den Breitenunterschied
zwischen den Gleitflächen begrenzt oder bei Gleichheit der Flächen gesperrt. Zum
letzten Fall ist ein Gegenelement 57' mit gestrichelten Linien gezeichnet. Der erwünschte
Bewegungsbereich in der X-Achse kann durch Anschläge 59 bestimmt werden.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, daß sie auch bei nur eindimensionaler
Beweglichkeit verhältnismäßig kleine Reibungsflächen aufweist.
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In Fig. 11 ist eine Ausführung gezeigt, bei der ein Gegenelement 60
mit rechteckigem Querschnitt in der ZX-Ebene und gegebenenfalls auch in der ZY-Ebene
gleitend geführt ist und hauptsächlich in der Z-Richtung innerhalb einer zweiteiligen
Schelle
61 bewegt werden kann. In diesem Fall sorgt eine durch Federn 62 hervorgerufene
Rückstellkraft dafür, daß Gegenelement und Schelle bei Abwesenheit einer Belastung
die gezeichnete Stellung beibehalten. Der hierzu verwendete Anschlag 63 kann aber
auch mit oder ohne den Federn 62 als einstellbarer Anschlag zur Begrenzung des Bewegungsbereiches
verwendet werden.
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Zu diesem Zweck ist der Anschlag 63 mit einem innerhalb einer Klemmvorrichtung
64 führbaren und arretierbaren Stift 65 versehen.
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Um Ungenauigkeiten in den Toleranzen von Bauteilen selber und von
den Bauelementen einer Verbindungsvorrichtung auszugleichen, sind verstellbare Verbindungsmittel
zwischen den Bauteilen und der Verbindungsvorrichtung vorgesehen. In Fig. 12 ist
ein Beispiel gezeigt, bei dem die Schelle 70 einen Bolzen 71 trägt, auf den in verstellbarer
Höhe ein L-förmiges Blech 72 mit Muttern 73 festgehalten wird. Das hochstehende
Blechteil 72 wird an das Bauteil 74 angeschraubt. Um auch eine Einstellung der Lage
der Schelle 70 in der Y-Achse zu ermöglichen, sind entsprechend gerichtete Langlöcher
75 im hochstehenden Blechteil vorgesehen.
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Als Anwendungsbeispiel ist die Verbindung eines Parabol-Sonnenkollektors
mit einem Traggerüst in Fig. 13 und 14 gezeichnet.
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Der Parabolkollektor, der im wesentlichen aus einem Reflektor 80 und
einem Absorberrohr 81 besteht, ist mittels eines Rahmens 82 zu einer Baueinheit
zusammengefaßt. Über diesen Rahmen wird
der Kollektor an ein aus
Verstrebungen 83 bestehendes Traggerüst anmontiert, wozu vier Verbindungsstellen
84 bis 87 vorgesehen sind. Um die Lage des Reflektors am Gerüst zu fixieren ist
eine starre Verbindung 84 vorgesehen. Von dieser Stelle ausgehend können Wärmedehnungen
ohne Verbiegung des Reflektors sich in alle Richtungen verbreiten, wenn die anderen
drei Verbindungsstellen gemäß den eingezeichneten Pfeilrichtungen beweglich gestaltet
sind.
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In Fig. 14 sind Beispiele für die Verbindungsstellen 86 und 87 dargestellt,
wobei das für die Verbindungsvorrichtung erforderliche Gegenelement jeweils das
entsprechende Verstrebungsrohr 83 ist. Für die eindimensionale Beweglichkeit der
Verbindungsstelle 86 ist eine zweiteilige Schelle 88, 89 vorgesehen, die gemäß den
Beispielen aus Fig. 3 und 4 das Rohr 83 vollständig umgeben und über einem Gleitring
90 aufliegt. Auf der rechten Seite ist ebenfalls eine zweiteilige Schelle 91, 92
angebracht, die zwei parallele Gleitflächen in einer ovalen Öffnung 93 aufweist,
die, abgesehen von einer Gleitbewegung, in der Rohrlängsrichtung auch eine Bewegung
in der senkrechten Richtung zuläßt.
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L e e r s e i t e