DE3824453A1 - Verbindungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement aus zwei unter Vorspannung über mindestens eine Paßfläche anein­ anderstoßenden Bauteilen.

Derartige Verbindungselemente sind beispielsweise bei lösbaren Verbindungen Überwurfmuttern für Quetschver­ bindungen, Bajonettringe für Bajonettverschlüsse oder Klammern für Flanschverbindungen. Diese Elemente haben den Nachteil, daß an den zu verbindenden Bauteilen Einrichtungen zum Verspannen der Bauteile gegeneinander vorzusehen sind, wie beispielsweise Gewinde, Bajonettklinken oder Konus­ flansche. Diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie weder raum- noch gewichtssparend sind.

Für unlösbare formschlüssig gesicherte Verbindungen werden beispielsweise Schneid- oder Preßklammern eingesetzt. Diese Verbindungselemente haben eine geringere Einbaugröße als die lösbaren, setzen aber nachteilig voraus, daß die zu ver­ bindenden Bauteile kalt- oder warmverformbar sind.

Den geringsten räumlichen und gewichtsmäßigen Aufwand benötigen die nichtlösbaren Löt- und Schweißverbindungen mit dem Nachteil, daß sie nur für schweißbare Werkstoffe einsetzbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verbindungs­ element anzugeben, das eine unlösbare hitzebeständige Ver­ bindung zwischen zwei Bauteilen aus Werkstoffen, die weder miteinander verschweißbar noch lötbar noch kalt- oder warm­ verformbar sind herstellt, wobei das Verbindungselement an unterschiedliche Bauteilquerschnitte anpaßbar sowie raum- und gewichtssparend sein soll.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß eine die beiden Bauteile im Bereich einer Paßfläche übergreifende Überwurf­ hülse sich am ersten Bauteil über ein Widerlager abstützt und die Vorspannung mittels einer Schweißverbindung auf das zweite Bauteil übertragen wird.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß beim Einbringen und Abkühlen der Schweißverbindung die Schweiß­ naht zwischen der Überwurfhülse und einem der zu verbinden­ den Bauteile oder zwischen zwei Überwurfhülsen schrumpft und dadurch eine Vorspannung zwischen den zu verbindenden Bauteilen erzeugt, die diese hitzebeständig und unlösbar gegeneinander verspannt.

Um die Verspannung der beiden Bauteile gegeneinander zu verstärken können die Bauteile mit der Überwurfhülse in einer Einspannvorrichtung wie beispielsweise einem Schraubstock unter einer zusätzlichen Vorspannung vor dem Verschweißen zusammengesetzt und unter dieser Vorspannung verschweißt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung vermeidet mit dem Stand der Technik verbundene Nachteile und hat gegenüber lösbaren Verbindungen den Vorteil, daß die Funktionsflächen wie Paßflächen oder Dichtflächen oder Auflageflächen der Wider­ lager raum- und gewichtssparend den Querschnitten der zu verbindenden Bauteile angepaßt werden könnnen.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Schweißverbindung unmittelbar zwischen der Überwurfhülse und dem zweiten Bauteil angeordnet, was voraussetzt, daß die Überwurfhülse und das zweite Bauteil aus miteinander verschweißbaren Werkstoffen bestehen.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Schweißverbindung zwischen der Über­ wurfhülse und einer zweiten Überwurfhülse angeordnet ist, wobei die Vorspannung durch ein Widerlager an der zweiten Überwurfhülse auf das zweite Bauteil übertragen wird. Mit dieser Anordnung lassen sich vorteilhaft Bauteile aus mit dem Werkstoff der Überwurfhülse nicht verschweißbaren Mate­ rialien verbinden.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird erreicht, wenn die Überwurfhülse aus einem Werkstoff mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als der Werk­ stoff eines oder beider Bauteile vorzugsweise wenn die Über­ wurfhülse aus Metall und eines oder beide Bauteile aus Keramik bestehen. Durch die stärkere Schrumpfung in axialer Richtung der Überwurfhülse gegenüber einem oder beiden Bauteilen wird eine der Schrumpfung der Schweißnaht über­ lagerte zusätzliche Verspannung beim Abkühlen der Bauele­ mente erreicht.

Diese Wirkung wird vorteilhaft vergrößert, wenn die Länge der Überwurfhülse 3 bis 30-fache vorzugsweise das 5 bis 15-fache ihrer Wandstärke beträgt.

Lösbare Verbindungselemente benötigen kreisrunde oder teilkreisförmige Funktionsflächen, wodurch an Bauteilen mit nicht kreisförmigem Querschnitt großvolumige Flansche als Querschnittsübergänge vorzusehen sind. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht deshalb vor, die Form der Funktionsflächen der Überwurfhülse den Querschnitten der beiden Bauteile anzupassen.

Besonders gut eignet sich die Erfindung für rohr­ förmig ausgebildete Bauteile mit runden, ovalen oder eckigen Querschnittsflächen.

Für den Einsatz der Erfindung in gasführenden Systemen ist es vorteilhaft, daß die Paßfläche neben einem axial ausgerichteten radialen Zentrieransatz einen gasdichten konischen oder sphäroiden Dichtsitz aufweist.

Die folgenden Figuren zeigen vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Verbindungs­ element aus zwei massiven Bauteilen aus Keramik und Metall mit quadratischem Querschnitt und metallischer Überwurfhülse,

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Verbindungs­ element aus zwei rohrförmigen metallischen Bauteilen mit konusförmigem Dichtsitz und metallischer Überwurfhülse.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Verbindungs­ element aus zwei rohrförmigen keramischen Bauteilen mit zwei verschweißten metallischen Überwurfhülsen.

Fig. 1 zeigt ein erstes Bauteil 3 mit quadratischem Querschnitt welches über eine konische Paßfläche 1 gleichen Querschnitts mit einem zweiten Bauteil 6 gleichen Querschnitts unter Vorspannung in axialer Richtung verbunden ist. Diese Vor­ spannung wird durch eine Schweißverbindung 5, die zwischen dem metallischen Bauteil 6 und einer metallischen Über­ wurfhülse 2 von quadratischem Querschnitt angeordnet ist, über das am ersten Bauteil 3 angreifende Widerlager 4 aufgebracht. Die Werkstoffe des zweiten Bauteils 6 und der Überwurfhülse 2 haben einen größeren Wärmeausdehnungs­ koeffizienten als das erste Bauteil 3, so daß durch die Schrumpfung der Überwurfhülse 2 in axialer Richtung eine zusätzliche Vorspannung der durch die Schweißverbindung verursachten Vorspannung überlagert wird. Über die konische Auflagefläche des Widerlagers 4 wird zusätzlich die radiale Schrumpfung der Überwurfhülse in eine weitere überlagernde Vorspannung umgelenkt. Das zugempfindliche keramische Bau­ teil 3 wird durch dieses Verbindungselement vorteilhaft ausschließlich auf Druck belastet. Zur Vergrößerung der Vorspannung wird eine mechanische Vorspannung über einen Schraubstock in Richtung der Pfeile Fv auf die Verbindungs­ elemente während der Verschweißung ausgeübt.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Verbindungselement aus zwei nicht miteinander verschweißbaren metallischen und rohrförmigen Bauteilen 3 und 6. Die Paßfläche 1 weist einen gasdichten Dichtsitz 10 und einen axial aus­ gerichteten radialen Zentrieransatz 9 auf. Die Vorspannung verursachende Schweißnaht 5 ist in diesem Beispiel un­ mittelbar zwischen dem zweiten rohrförmigen Bauteil 6 und der Überwurfhülse 2 angeordnet. Die Länge der Überwurfhülse ist in diesem Beispiel das 10-fache ihrer Wandstärke. Der Dichtungssitz 10 ist konusförmig ausgeführt.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Verbindungselement aus zwei rohrförmigen keramischen Bauteilen mit zwei ver­ schweißten Überwurfhülsen aus Metall, die mit jeweils einem Widerlager 4 und 8 die keramischen Bauteile 3 und 6 unter Vorspannung aufeinander pressen, wobei eine Paßfläche 1 zu einem axial ausgerichteten radialen Zentrieransatz 9 und einen konischen Dichtsitz 10 ausgebildet ist.

Claims (10)

1. Verbindungselement aus zwei unter Vorspannung über mindestens eine Paßfläche aneinanderstoßenden Bau­ teilen, dadurch gekennzeichnet, daß eine die beiden Bauteile im Bereich der Paßfläche (1) übergreifende Überwurfhülse (2) sich am ersten Bauteil (3) über ein Widerlager (4) abstützt und die Vorspannung mittels einer Schweißverbindung (5) auf das zweite Bauteil (6) über­ tragen wird.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schweißverbindung (5) unmittelbar zwischen der Überwurfhülse (2) und dem zweiten Bauteil (6) angeordnet ist.

3. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schweißverbindung (5) zwischen der Überwurfhülse (2) und einer zweiten Überwurfhülse (7) angeordnet ist, wobei die Vorspannung durch ein Wider­ lager (8) an der zweiten Überwurfhülse (7) auf das zweite Bauteil (6) übertragen wird.

4. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwurfhülse (2) aus einem Werkstoff mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als der Werkstoff des ersten (3) oder beider Bauteile (3 und 6).

5. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwurfhülse (2) aus Metall und das erste (3) oder beide Bauteile (3 und 6) aus Keramik bestehen.

6. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Länge der Überwurfhülse (2) das 3 bis 30-fache vorzugsweise 5 bis 15-fache ihrer Wandstärke ist.

7. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche des Wider­ lagers (4) kegelförmig ausgebildet ist.

8. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Überwurfhülse (2) mit ihrer Querschnittsfläche der Kontur der Ouerschnitts­ fläche der beiden Bauteile anpaßt.

9. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (3) und das zweite Bauteil (6) rohrförmig ausgebildet sind und runde, ovale oder eckige Querschnittsflächen haben.

10. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßfläche (1) einen axial ausgerichteten radialen Zentrieransatz (9) und einen gasdichten konischen oder sphäroiden Dichtsitz (10) aufweist.