DE2410654A1

DE2410654A1 - Vorrichtung zum verspannen eines bauteilstapels

Info

Publication number: DE2410654A1
Application number: DE2410654A
Authority: DE
Inventors: Theodore J Jansen
Original assignee: Automatic Switch Co
Current assignee: Automatic Switch Co
Priority date: 1973-07-30
Filing date: 1974-03-06
Publication date: 1975-02-20
Also published as: CA996527A; FR2239607A1; JPS5033376A; NL7404349A; US3815635A; GB1409989A; FR2239607B3

Description

A 12 P 36

Anmelder: AUTOMATIC SWITCH COMPANY 2410654

Florham Park» New Jersey, USA

Vorrichtung zum Verspannen eines Bauteilstapela

Die Erfindung bezieht sich auf Temperaturausglei chsvorriehtungen, die einen im wesentlichen konstanten Anpreßdruck zwischen einander zugeordneten Lagen verschiedener Materialien während des Wechsels der Umgebungstemperatur aufrechterhalten können. Die Erfindung ist besonders nützlieh in Verbindung mit Vorrichtungen, die mit Strömungsmitteln arbeiten. Mit einem Strömungsmittel betriebene Steuervorrichtungen sind bekannt, die ubereinandergestapelte lagen aus plastischen, vom Strömungsmittel durchflossenen Scheiben, Metallst euer scheiben, Gummidichtungen und plastischen Endplatten aufweisen. Üblicherweise sind die Lagen solcher Stapel mit Schrauben- und Mutternverbindungen aneinandergepreßt. Wenn der Anpreßdruck zwischen den einzelnen Teilen der Anordnung nicht ausreichend ist, wenn die Strömungsmittelkreise zur Wirkung gebracht sind, leckt der Stapel und die Strömungsmittelkreise arbeiten nicht einwandfrei. Statt dessen wird, wenn der aufgebrachte Druck zu groß ist, die Geometrie des Kreises gestört und die Strömungsmittelkreise funktionieren wieder

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nicht ordnungsgemäß. Urn diese Probleme auszuschalten, die

durch unzureichenden oder zu großen Anpreßdruck verursacht sind, wird die Schrauben-Mutter-Verbindung der Anordnung mit Hilfe eines Drehmomentenschlüssels verspannt. Da die Verbindung jedoch eine Lockerung erfährt, wenn der StrÖmungamittelkreis in einem Temperaturbereich über einem bestimmten Grenzwert betrieben wird, werden bei größeren Veränderungen der Umgebungstemperatur die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Teile wirksam und die Expansion oder die Kontraktion der einander zugeordneten Teile bewirken Wärmespannungen, die dem Anpreßdruck entgegenwirken und der Strömungsmittelkreis funktioniert nicht.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Mindern thermischer Beanspruchungen in einer mechanischen Anordnung zu schaffen, die aus Komponenten mit verschiedenen Wärmedehnungskoeffizienten besteht. Dabei ist es eine besondere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Stabilisieren der Auswirkungen der Änderungen der Umgebungstemperatur auf mit einem Strömungsmittel betriebene Vorrichtungen zu schaffen, die übereinandergestapelte Bestandteile haben. Es ist dabei noch ein weiteres Problem der Erfindung, mit einem Strömungsmittel betriebene Vorrichtungen vorzuschlagen, die übereinander gestapelte Bestandteile haben, die über einem weiten Bereich von Umgebungstemperaturen arbeiten.

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Zusammenfassend bezieht sich zur Lösung dieser Aufgabe und Probleme die Erfindung auf eine Vorrichtung mit einem Strömungsmittelkreis mit übereinandergestapelten Teilgliedern, einer durch den Stapel der Teilglieder hindurchgehenden öffnung und Mitteln, die den Stapel der Teilglieder zusammenhalten. Die Mittel, die den Stapel zusammenhalten, schließen ein Klemmelement ein, das durch die öffnung hindurchragt, mit einem Widerlager versehen ist und zumindest ein gewölbtes Bimetallelement gleitend trägt; mit dem Klemmelement ist ein Verschluß beweglich gekuppelt, der gegen das Widerlager des Klemmelementes beweglich ist, um eine Druckkraft gegen das Bimetallelement und den Stapel aufzubringen. Wenn sich bei einer solchen Anordnung die Umgebungstemperatur der mit Strömungsmittel betriebenen Vorrichtung ändert, wird die Wölbung des gewölbten Bimetallelementes verringert oder vergrößert entsprechend einer Erhöhung oder Verringerung der Umgebungstemperatur. Hierdurch werden thermische Spannungen gemindert, die sich durch Temperaturänderungen zwischen den gestapelten Lagen ausbilden, es wird ein konstanter Druck zwischen den gestapelten Lagen erhalten.

Die Erfindung mit den vorgenannten Merkmalen sowie weitere Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigen

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Fig. 1 eine mit einem Strömungsmittel betriebene Vorrichtung mit mehreren Bimetallscheiben gemäß der Erfindung im Querschnitt und

Pig. 2 eine Bimetallscheibe im Querschnitt und

zwar bei einer Temperatur in ausgezogenen Linien und bei einer geringeren Temperatur in unterbrochenen linien.

Eine Anordnung, wie sie aur Erläuterung der Erfindung ausgewählt wurde, schließt eine Strömungemittelbaugruppe gemäß der US-PS 3 712 320 ein. Gemäß Fig.1 schließt diese Strömungsmittelbaugruppe einen ringförmigen Körper 6 ein, der mehrere ringförmige Teilkörper einschließt, die mehrere Flüsaigkeitsvorrichtungen darstellen. Die Flüssigkeitsvorrichtungen sprechen in üblicher Weise auf ein Steuergas an, das Über ein Bohr 7 zugeführt wird und auf ein an einer nicht gezeichneten Druckmittelquelle bereitgestelltes Gas, wobei die Druckmittelquelle über ein Knierohr 32 angeschlossen ist. Der Gasauslaß erfolgt über ein Rohr 8.

Bei der gezeichneten Zweilagen-Anordnung stellt jede Lage 9 bzw. 10 eine separate Anordnung von symmetrisch angeordneten Flüssigkeitsvorrichtungen dar. Jede Lage schließt ein: eine aus Polystyrene bestehende runde, vom Strömungsmittel durchflossene Scheibe 12 mit einer zentral angeordneten öffnung 13;

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einen Dichtungskörper 14 aus Kunstgummi (Buna), der in der Mitte mit einer Öffnung 15 versehen ist; eine Scheibe 16 aua einer Beryllium-Kupfer-Legierung, die in ihrer Mitte eine Öffnung 17 hat} einen weiteren Dichtungskörper 18 aus Kunstgummi (Buna), der eine zentrale Öffnung 19 hat. Die Durchflußscheibe 12 und die Steuerscheibe 16 schließen eine Vielzahl von öffnungen und in Querrichtung verlaufende Hinnen, ein, die die notwendigen Flüssigkeitskanäle der hydraulischen Vorrichtung darstellen (nicht gezeigt). Um zu verhindern, daß das relativ weiche Material der Dichtungen 14 und 18 deformiert wird und dadurch die Durchlässe und Plüssigkeitskanäle verschlossen werden, ist in Sandwichanordnung zwischen der Durchflußscheibe 12 und dem Dichtungskörper 14 eine runde Plastikscheibe 20 angeordnet, die beispielsweise aus Mylar besteht und die eine zentrale Öffnung 21 hat. Entsprechend sind Scheiben 22 und 24 aus Mylar in Sandwichanordnung zwischen der Steuerscheibe 16 und dem Dichtungskörper 14 sowie zwischen der Steuerscheibe 16 und dem Dichtungskörper 18 angeordnet.

Diese Teile sind über- bzw. hintereinander konzentrisch auf einem langgestreckten, runden Grundkörper 26 angeordnet, der mehrere Funktionen hat und insbesondere dazu dient, Strömungsmittel von einer nicht gezeigten Strömungsmittelquelle zu den Strömungsmittelvorrichtungen der Gesamtvorrichtung zuzuführen.

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Der Grundkörper 26 schließt einen Abschnitt 27 mit verringertem Außendurchmesser ein, eine zentrale Längsbohrung 28 und eine Querbohrung 30 durch die Wand. Die Querbohrung 30 verbindet die längsbohrung 28 mit dem Ringraum 31 im Bereich des Abschnittes 27 zwischen der Wand des Grundkörpers 26 und den auf ihm angeordneten scheibenförmigen Teilen. Beim Betrieb der Vorrichtung fließt gasförmiges Druckmittel über ein Plastik-Knierohr 32 durch, die Längsbohrung 28 und die Querbohrung 30 in den Hingraum 31. Die Verbindung zwischen dem Knierohr 32 und dem Grundkörper erfolgt mittels Preßsitz.

Die scheibenförmigen Teile sind in ihrer Lage auf dem Grundkörper 26 gesichert. Die Mittel hierzu schließen eine obere Endplatte 42 und eine untere Endplatte 44 ein, die kreisförmig sind und eine zentrale Öffnung haben. Mehrere Fixierbolzen 45 (von denen nur einer gezeichnet ist) erstrecken sich in Bohrungen durch die obere und untere Endplatte und die dazwischen angeordneten scheibenförmigen Teile. Die Öffnungen zur Aufnahme der Fixierbolzen 45 sind vorzugsweise asymetrisch gegenüber dem Grundkörper angeordnet, um einen falschen Einbau der Vorrichtungsteile zu verhindern. Die obere Endplatte 42 liegt an einem Widerlager an, im Beispiel an einem Bund 47 des Grundkörpers 26. Erfindungsgemäß sind die einzelnen Teile durch ein bewegliches Schließmittel zusammengehalten. Dieses bewegliche Schließmittel enthält eine Mutter 49»

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die auf einem Außengewinde 50 des Grundkörpers 26 verstellbar ist, eine flache Scheibe 51, mehrere Bimetallscheiben 55, einen O-Ring als Dichtung 52 und ein Distanzstück 48. Die Bimetallscheiben haben zentrale, runde öffnungen 58 und sind gemäß lig.1_s 2 gleichartige Hohlkegelstumpfe, deren konkave (Unter-) Seite 56 aus Material mit höherem Wärmedehimngskoeffisienten vals die konvexe (Ober-)Seite 57 besteht. Mit den öffnungen 58 sind die Scheiben auf dem Grundkörper 26 zentriert, wozu die Öffnungen eine runde oder eine andere form haben können. Gemäß Fig.l sind die Scheiben so angeordnet, daß Jeweils eine und die übernächste Scheibe parallel zueinander sind und jeweils zwei aufeinanderfolgende Scheiben symmetrisch zu einer zwischen ihnen zu denkenden Symmetrieebene angeordnet sind. Diese Scheibenanordnung ist zusammendrückbar, federnd und in der lage, ausgeglichene oder gleichmäßig aufgebrachte axiale Kräfte zwischen der flachen Scheibe 51 voaä dem Distanzstück 48 zu übertragen. Zwischen einer der Bimetallscheiben 55 "und der Mutter 49 ist eine flache Scheibe 51 angeordnet. Wenn die Mutter 49 in Richtung auf die untere Endplatte 44 bewegt wird, bilden das Distanz3tück 48 und die Ö-Ring-Dichtung 52 eine leck-sichere Dichtung zwischen dem Grundkörper 26 und der unteren Endplatte 44. Es ergibt sich hieraus, daß der Grundkörper als ein Verbindungselement wirkt. TJm Leckverluste zwischen den einzelnen Elementen der Vorrichtung oder Verdrehungen der von den einzelnen Elementen

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gebildeten Strömungsmittelkreise zu verhindern, die durch eine zu hohe Zusammendrückung der einzelnen Vorrichtungsteile beim Zusammenbau entstehen könnten, kann das Anziehen der Mutter 49 mit einem Drehmomentschlüssel erfolgen.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise einer abnehmenden Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, ziehen sich die scheibenförmigen Torrichtungsteile aus Kunstgummi_f Gummi, Mylar, Plastik oder dergl. entsprechend ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammen und die Bimetallscheiben 55 verformen sich von der Kontur der ausgezogenen Linien in die Kontur der unterbrochenen Linien in Fig. 2. Auf diese Weise vergrößert eine Temperaturverringerung die effektive Dicke jeder Scheibe, d.h. deren axiale Gesamtlänge, wodurch das Distanzstück sich gegen die Vbrrichtungsteile bewegt und der Solldruck zwischen den scheibenförmigen Elementen erhalten bleibt. Bei ansteigenden Umgebungstemperaturen andererseits neigen die scheibenförmigen Vorrichtungsteile dazu, sich auszudehnen und die axiale Länge der Bimetallscheiben nimmt entsprechend ab und verhindert dadurch einen Druckanstieg zwischen den Teilen. Durch die Bimetallscheiben 55 sind so thermische Spannungen verhindert oder verringert, die sonst den auf die Teile ausgeübten Druck ansteigen ließen. Dadurch ist der Temperaturbereich ausgedehnt, in dem die Vorrichtung arbeiten kann.

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Bei der Lösung nach Fig.1 sind vier Bimetallscheiben 55 zum Ausgleich der Ausdehnung oder Zusammenziehung der infrage kommenden Teile beim Erhöhen oder Verringern der .Umgebungstemperatur vorgesehen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß für Scheiben aus besonderen Metallen oder Legierungen, z.B. Nickel und Eisen für die Schicht mit niedrigem Wärmedehmingskoeffizienten und Chromnickelstahl für die Schicht mit hohem Wärmedehnungskoeffizienten, die Zahl der benötigten Bimetallscheiben entsprechend der Zahl der Scheiben in der Gresamtvorrichtung und den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Scheiben zu wählen ist. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß nur weil der Stapel der Scheiben der Gesamtvorrichtung rund ist, die Bimetallscheiben kegelig sind, um einen gleichmäßigen Druck aufzubringen. Es können jedoch auch rechteckige Bimetallschei— ben mit Bogenform und zentralen öffnungen für die beschriebene und dargestellte Scheibenanordnung verwendet werden, wenn ein quadratischer oder rechteckiger Stapel verwendet wird. Im wesentlichen soll die Kontur der Birnetallelemente so sein, daß eine gedachte, senkrecht zur Achse der Zylinderfläche 58 verlaufende Ebene durch zumindest zwei Punkte auf dem Umfang des Elementes verläuft, die gleichen Abstand von der Achse der Zylinderfläche haben. Im Fall jeder Scheibe 55 ist jeder Punkt auf dem Umfang in einer solchen Ebene angeordnet und hat gleichen Abstand von der Achse der Zylinderfläche.

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Aus dem vorher Ausgeführten ergibt sich, daß die Bimetallscheiben auch für andere Befestigungsvorrichtungen nützlich sind, in denen Wärmespannungen zwischen Teilen kompensiert werden sollen, die unter Druck zusammengehalten sind. Deshalb gilt die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der .Erfindung nur beispielhaft und soll nicht als Beschränkung der Erfindung gemäß den Patentansprüchen gedacht sein.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Verspannen eines Bauteilstapels, bei dem sich die Dicken zumindest einiger Bauteile entsprechend sich ändernden Umgebungstemperaturen ändern, dadurch gekennzeichnet, daß den Mitteln (26, 47, 48, 49) zum Verspannen der Bauteile (12, 14, 18) gegeneinander eine Ausgleichsvorrichtung (55) zugeordnet ist, deren Länge sich temperaturabhängig entsprechend aber in umgekehrter Richtung ändert wie die Dicke der Bauteile, d.h. deren Länge in dem Maße größer wird, wie die Dicke der gestapelten Bauteile geringer wird und umgekehrt, um temperaturunabhängig den Anpreßdruck im Bauteilstapel konstant zu halten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung eine oder mehrere gewölbte Platten (55) zwischen dem Bauteilstapel (12, H, 18) und den Verspannmitteln (26, 47-49) enthält, deren Wölbung zur Längenänderungen temperaturabhängig größer oder kleiner wird.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieAusgleichsvorrichtung eine oder mehrere gewölbte Bimetallplatten (55) zwischen dem Bauteilstapel (12, 14, 18) und den Verspannmitteln (26, 47-49) enthält, deren Wölbung zur längsänderung temperaturabhängig veränderbar ist.
4- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die gestapelten Bauteile und die Platten der Ausgleichsvorrichtung die gleiche Umfangskontur haben, insbesondere runde Scheiben sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gestapelten Bauteile (12, 14, 18) ebene, runde Scheiben und die Platten der Ausgleichsvorrichtung Kegelstümpfe sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die gestapelten Bauteile (12, 14, 18) eine zentrale Öffnung haben, daß die Verspannmittel (26, 47-49) durch die Öffnungen hindurchgeführt sind, daß die Verspannmittel mit einem Widerlager (47) am einen Ende des Bauteilstapels anliegen, daß die Ausgleichsvorrichtung mit ihren Teilen (55) gleitend auf dem Grundkörper (26) der Verspannvorrichtung angeordnet ist und zwischen einem zweiten Widerlager (49) und dem anderen Ende des Bauteilstapels abgestützt ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Widerlager (49) gegenüber dem Grundkörper (26) der Verspannmittel (26, 47-49) einstellbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung mehrerer gewölbter Platten (55) diese paarweise spiegelsymmetrisch zu einer gedachten Mittelebene angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bauteilstapel (12, 14, 18) um Teile einer mit einem Strömungsmittel arbeitenden Vorrichtung, insbesondere nach der Art von Plattenventilen mit mehreren Platten, handelt.
10. Bimetallelement insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet, daß zwei gewölbte Metall-Lagen Fläche an Fläche miteinander verbunden sind, wobei beide Lagen (56, 57) unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten haben und eine zentrale Öffnung (58) haben und diese Öffnung so angeordnet ist, daß eine gedachte, senkrecht zur Längsachse der Öffnung verlaufende Ebene den Umfang des Bimetallelementes in zwei Punkten schneidet, die gleichen Abstand von der-Längsachse der Öffnung haben.

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1. Bimetallelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Lage auf der konvexen Seite einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten hat als die andere Lage.

2. Bimetallelement nach den Ansprüchen 10 und 11 gekennzeichnet durch die Form eines Kegelstumpfes.

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