包括至少兩個(gè)cfc 構(gòu)件的構(gòu)件連接件的制作方法
【專利說明】包括至少兩個(gè)CFC構(gòu)件的構(gòu)件連接件
[0001]本發(fā)明涉及包括至少兩個(gè)CFC構(gòu)件的構(gòu)件連接件，該至少兩個(gè)CFC構(gòu)件通過連接系統(tǒng)以緊配合的方式相互連接，該連接系統(tǒng)排他地具有由CFC或石墨構(gòu)成的連接元件。
[0002]CFC構(gòu)件之間的構(gòu)件連接件通常用被用于CFC構(gòu)件被用作機(jī)械零件或支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件的所有情況中。由于如影響連接的蠕變斷裂強(qiáng)度的使用類型的作用的特殊環(huán)境條件，產(chǎn)生除靜態(tài)或動(dòng)態(tài)機(jī)械應(yīng)力之外的其他應(yīng)力，尤其是如熱應(yīng)力。
[0003]例如，CFC構(gòu)件也可以用于在工業(yè)爐中使用以用于重新分配或均勻地混合爐內(nèi)氣氛的循環(huán)裝置。這種熔爐用于進(jìn)行熱處理，例如，在熱處理中，碳材料承受高溫?zé)峤饣蛘咛冀M分被碳化或石墨化。
[0004]不考慮工業(yè)爐內(nèi)發(fā)生的個(gè)別工序，由于爐內(nèi)氣氛不時(shí)達(dá)到2000°C或者更高的溫度，在工業(yè)爐內(nèi)中使用的循環(huán)裝置承受大量的熱應(yīng)力。由于這些高溫的熱應(yīng)力，現(xiàn)在通常將具有特別低的熱膨脹系數(shù)的材料用于循環(huán)裝置，以限制所使用的材料中的熱誘導(dǎo)張力。由于其耐高溫性和低重量，碳纖維增強(qiáng)碳(CFC)已被證明是一種特別適用于循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)材料。但是，問題是，由于其纖維定向，碳纖維增強(qiáng)碳展示出明顯的各向異性，使CFC在纖維方向的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)低于其垂直于纖維方向的熱膨脹系數(shù)。例如，在CFC構(gòu)件之間由螺紋連接裝置形成的連接中，如果CFC構(gòu)件和鏈接螺栓的纖維交叉定向，那么在螺紋連接裝置的區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生顯著的機(jī)械張力，其中，螺紋連接裝置包括由CFC或石墨構(gòu)成的連接元件，例如由CFC制成且通過石墨螺母夾在CFC構(gòu)件上的螺栓。
[0005]由于CFC特別是在纖維之間的區(qū)域內(nèi)具有極多孔形式，這些張力會(huì)引發(fā)螺紋連接裝置區(qū)域內(nèi)的沉降現(xiàn)象，致使CFC構(gòu)件之間起初以緊配合方式作用的螺紋連接在溫度處理的過程中和構(gòu)件失效中變得松動(dòng)。
[0006]防止該構(gòu)件失效的一種可能是根據(jù)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力定義維修周期，以能夠在構(gòu)件失效之前及時(shí)地更換螺紋連接裝置。由于對(duì)循環(huán)裝置進(jìn)行維修或檢查以及特別最終的必須修理需伴隨大量工作，因此本發(fā)明的目的在于增強(qiáng)構(gòu)件連接件，尤其是這些應(yīng)用在循環(huán)裝置中的構(gòu)件連接件，并且提出一種用于生產(chǎn)這種構(gòu)件連接件的適當(dāng)方法，以使CFC構(gòu)件之間永久的緊配合連接成為可能。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)件連接件具有權(quán)利要求1的特征。
[0008]首先，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)件連接件包括至少兩個(gè)待相互連接的CFC構(gòu)件，至少兩個(gè)CFC構(gòu)件通過連接系統(tǒng)以緊配合的方式相互連接，連接系統(tǒng)排他地具有由CFC或石墨構(gòu)成的連接元件，構(gòu)件連接件具有由CFC材料構(gòu)成的彈簧元件。
[0009]通過使用CFC彈簧元件，在不使用除了必需的CFC構(gòu)件的材料之外的材料的情況下，通過彈性元件的作用能夠補(bǔ)償兩個(gè)CFC構(gòu)件之間的緊配合連接中的沉陷現(xiàn)象。
[0010]當(dāng)然，盡管通常已知的是使用彈簧元件補(bǔ)償螺紋連接裝置上的沉陷現(xiàn)象，但是由于根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)設(shè)備特別用于高溫環(huán)境，這些由金屬構(gòu)成的已知彈簧元件不能在循環(huán)設(shè)備中使用。例如，考慮到常常達(dá)到2000°c或者更高的溫度，金屬的蠕變極限被遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過，以至于所需的彈簧補(bǔ)償效果在前面提到的溫度范圍內(nèi)不再適用。通過使用由CFC材料構(gòu)成的彈簧元件，使得通過彈簧元件對(duì)螺紋連接裝置中的沉陷現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谝淮纬蔀榭赡?，其中彈簧元件即使在高溫環(huán)境下也必須持久地確保通過螺紋連接裝置相互連接的構(gòu)件之間的緊配合連接。
[0011]在大多數(shù)情況下，有利的是將CFC構(gòu)件之間的連接系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為螺紋連接裝置，螺紋連接裝置具有由CFC材料構(gòu)成的螺栓和由石墨材料構(gòu)成的至少一個(gè)螺母。彈性元件以壓力作用在螺母和CFC構(gòu)件之間的方式設(shè)置在螺母和CFC構(gòu)件之間。
[0012]基本上，使用由CFC材料構(gòu)成的彈簧元件當(dāng)然不限于與作為螺紋連接裝置的連接系統(tǒng)相結(jié)合。相反，由CFC材料構(gòu)成的螺紋連接裝置也可以用于補(bǔ)償其他緊配合連接系統(tǒng)中的沉陷現(xiàn)象，例如卡接連接或楔入連接，為了達(dá)到與螺紋連接的緊配合效果相同的效果，該卡接連接或楔入連接允許機(jī)械預(yù)張連接。
[0013]特別有利的是，螺栓具有螺栓頭并且螺栓穿過待以緊配合的方式互相連接且設(shè)置在螺栓的螺栓頭和螺母之間的兩個(gè)CFC構(gòu)件，因此，彈簧元件能夠大體以與傳統(tǒng)的鋼簧相同的方式被使用，其中，由于前述原因，傳統(tǒng)鋼簧在根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)設(shè)備中使用的可能性已經(jīng)被排除。
[0014]如果螺栓頭通過由石墨材料構(gòu)成的螺母而形成，包含最小可能數(shù)量的不同構(gòu)件的連接系統(tǒng)的整體簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)能夠被實(shí)現(xiàn)。
[0015]在循環(huán)裝置的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，如果螺栓形成在以緊配合的方式相互連接的兩個(gè)CFC構(gòu)件中的第一個(gè)上并且穿過設(shè)置在第一 CFC構(gòu)件和螺母之間另一個(gè)CFC構(gòu)件，構(gòu)件的數(shù)目甚至可以被進(jìn)一步地減小。
[0016]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，彈簧元件實(shí)現(xiàn)為梁彈簧元件，梁彈簧元件具有用于支撐在CFC構(gòu)件上的兩個(gè)支撐腿和連接支撐腿以支撐在連接系統(tǒng)的螺栓頭或螺母上的彈性
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[0017]可選地，在另一個(gè)實(shí)施例中，彈簧元件也可以實(shí)現(xiàn)為環(huán)形彈簧元件，環(huán)形彈簧元件具有彈簧環(huán)，彈簧環(huán)在兩個(gè)相對(duì)的軸向面上具有支撐腿，所述支撐腿以徑向分布的方式設(shè)置在所述軸向面上，以使形成在一個(gè)軸向面上的支撐腿位于形成在相對(duì)軸向面上的兩個(gè)支撐腿之間。
[0018]對(duì)彈簧元件的效果尤其有利的是，至少梁彈簧元件的彈性梁或者至少環(huán)形彈簧元件的彈簧環(huán)具有與沿連接支撐腿的應(yīng)力軸線延伸的纖維對(duì)齊的纖維定向。
[0019]如果構(gòu)件連接件在用于循環(huán)環(huán)境大氣的循環(huán)裝置上實(shí)施，循環(huán)裝置具有多個(gè)構(gòu)件，多個(gè)構(gòu)件包括至少一個(gè)用于將循環(huán)裝置連接到驅(qū)動(dòng)裝置的軸、與軸相連的葉片載體和設(shè)置在葉片載體上用于對(duì)大氣施加流脈沖的多個(gè)葉片，至少葉片載體和葉片為在兩者之間形成構(gòu)件連接件的CFC構(gòu)件。
[0020]這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)設(shè)備的相互連接的CFC構(gòu)件之間的持久緊配合連接，以通過材料結(jié)合連接防止由于相互連接的構(gòu)件之間的間隙和由此產(chǎn)生的緊配合的斷開所引起的沉陷現(xiàn)象的發(fā)生。
[0021]接下來，在附圖的輔助下更加詳細(xì)地描述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例。
[0022]在圖中:
[0023]圖1示出了循環(huán)裝置的第一實(shí)施例的等距視圖；
[0024]圖2示出了圖1中所示循環(huán)裝置的俯視圖；
[0025]圖3示出了圖2中所示循環(huán)裝置沿圖2中剖面線II1-1II的剖視圖；
[0026]圖4示出了循環(huán)裝置的另一個(gè)實(shí)施例的等距視圖；
[0027]圖5示出了圖4中所示循環(huán)裝置的俯視圖；
[0028]圖6示出了圖5中所示循環(huán)裝置沿圖5中剖面線V1-VI的剖視圖；
[0029]圖7示出了圖1中所示循環(huán)裝置的螺紋連接裝置的局部放大圖；
[0030]圖8示出了應(yīng)用在圖7中所示螺紋連接裝置中的彈簧元件的側(cè)視圖；
[0031]圖9示出了用于螺紋連接裝置的彈簧元件的另一個(gè)實(shí)施例的等距視圖；
[0032]圖10示出了具有被涂覆到螺紋連接裝置的構(gòu)件之間的連接區(qū)域上的連接材料的螺紋連接裝置的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例是圖7所示螺紋連接裝置的可選實(shí)施例；
[0033]圖11示出了圖10中所示的螺紋連接裝置，該螺紋連接裝置伴隨有對(duì)覆蓋著連接材料的構(gòu)件進(jìn)行局部焊接；
[0034]圖12示出了圖6中所示循環(huán)裝置的螺紋連接裝置的局部放大圖。
[0035]圖1示出了循環(huán)裝置20的第一個(gè)實(shí)施例。循環(huán)裝置20包括用于將循環(huán)裝置20連接到驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)的軸21和剛性連接到軸21上用于共同旋轉(zhuǎn)且用于在其上布置多個(gè)葉片23的葉片載體22，葉片23以沿葉片載體22的圓周分布的方式進(jìn)行設(shè)置。如圖1所示，葉片23容納在葉片載體22和圓錐端圓環(huán)24之間，為了實(shí)現(xiàn)該目的，每個(gè)葉片33通過型面配合連接25和26分別將其軸向端27、28插入葉片載體22和圓錐端圓環(huán)24的槽形凹槽29。
[0036]具體地，如圖2和圖3所示，設(shè)有用于將軸21連接到葉片載體22的多個(gè)螺紋連接裝置31，該螺紋連接裝置與循環(huán)裝置20的中心軸線30同軸地設(shè)置。為了與葉片載體22相連，軸21在其軸向連接端32上具有板狀法蘭33，板狀法蘭33具有與盤狀葉片載體22的底側(cè)35相接觸的徑向延伸的法蘭環(huán)34。螺紋連接裝置31以這樣的方式實(shí)現(xiàn):螺栓36穿過法蘭環(huán)34和葉片載體22上的通道孔37、38，并且在螺栓36的相對(duì)的軸向端39和40上設(shè)有螺母41。在圖2所示的螺紋連接裝置31的實(shí)施例中，梁彈簧元件42設(shè)置在法蘭環(huán)34和設(shè)置在螺栓36的下軸向端40上的螺母41之間。
[0037]如圖7中的細(xì)節(jié)所示，梁彈簧元件42