DE2524625A1

DE2524625A1 - Vorrichtung zum verbinden von zwei koerpern

Info

Publication number: DE2524625A1
Application number: DE19752524625
Authority: DE
Inventors: Robert Savile Millmann; John Godfrey Morley; Henry Thomas Ramsay
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1974-06-03
Filing date: 1975-06-03
Publication date: 1975-12-11
Also published as: FR2275678A1; CA1048313A; US4078573A; JPS5110252A; GB1515844A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Körpern, die mit begrenzter Kraft miteinander zu verbinden sind.

Eine Vorrichtung der genannten Gattung weist erfindungsgemäß ein mit einem relativ feststehenden Körper verbindbares Teil und ein zweites Teil auf, das am ersten Teil unter Druckoder Zugkraftwirkung festgehalten ist, wobei die Verbindung zwischen den beiden Teilen eine lastbegrenzende Vorrichtung aufweist, die aus wenigstens zwei Gliedern zusammengesetzt ist, von denen das eine verformt wird, wenn die zwischen den beiden Teilen wirkende Last einen vorbestimmten Wert übersteigt, so daß zwischen den beiden Gliedern Relativbewegung stattfinden kann.

Als die genannte lastbegrenzende Vorrichtung verwendbare Bauteile sind beispielsweise in den Patentanmeldungen P 20 44 249.3 und P 22 36 686.5 beschrieben.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist eine Vorrichtung, mit der sich ein Körper gegen einen zweiten Körper festklemmen läßt, ein erstes und ein zweites Gewindeteil auf * die zum Festklemmen der beiden Körper gegeneinander miteinander zusammenzuwirken vermögen, und zum ersten Gewindeteil gehört wenigstens eine lastbegrenzende Vorrichtung, die aus wenigstens zwei Gliedern zusammengesetzt ist, von denen das eine verformt wird_/ wenn die zwischen den beiden Gewindeteilen wirkende Klemmlast einen vorbestimmten Wert übersteigt, und dadurch Bewegung wenigstens einee Teiles des einen Gewindeteils gegenüber dem anderen Gewindeteil zuläßt, ohne daß die genannte KleBmlast irgendeinen wesentlichen weiteren Anstieg erfährt.

In einer Ausbildungsform nach der Erfindung kann die Vorrichtung eine Einrichtung aufweisen, mit der sich ein zweiter Körper gegen einen anderen Körper festklemmen läßt, wenn eine vorbestimmte Klemmkraft nicht überschritten werden soll. In diesem Falle kann die Vorrichtung als Gewindebolzen oder Stehbolzen ausgebildet sein, wobei eine Mutter am Bolzen dazu dient, den einen Teil des Bolzens gegen den einen Körper festzuklemmen, und gleichzeitig die lastbegrenzende Vorrichtung in der Lage ist zuzulassen, daß der Gewindeteil des Bolzens gegenüber dem zweiten Teil "anzieht", sobald im Gewindebolzen oder Stehbolzen eine bestimmte Spannung erzeugt ist. Ein Gewindebolzen oder Stehbolzen in einer solchen Ausbildungsform läßt sich beispielsweise zum Befestigen einer Abblasplatte verwenden, mit der ein Druckgefäß gegen übermäßigen Anstieg des Innendruckes geschützt wird. Gewöhnlich sind derartige Schutzplatten nach Art von Berst- oder Reißscheiben ausgebildet, die bei überdruck platzen. Bei bekannten Schutzplatten mußte man sich in sehr hohem Maße auf die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe verlassen, aus denen die Berst- oder Reißscheibe oder die Befestigungsschrauben hergestellt wurden. Es war schwierig oder gar unmöglich, die Bruchbedingungen mit irgendeinem hohen Genauigkeitsgrad festzulegen. Die Erfindung schafft dagegen für dieses

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Sehutzproblem eine Lösung, mit der sich im Betrieb eine hohe Genauigkeit erreichen läßt und die sich im Bedarfi&lle auch exakt einstellen bzw. eichen läßt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist mit einer Druckentlastungsplatte eine Mehrzahl der vorbeschriebenen Gewinde-Stehbolzen einstückig verbunden oder an dieser getrennt angebracht .

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1, 2 und 3 Schnittansichten von verschiedenen Ausbildungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung mit Kräuseldraht-Anordnungen, die in Teilen der Vorrichtung in Löchern aufgenommen sind und auf deren Fände Druck in der Weise ausüben, wie im Zusammenhang mit Duplex-Fasern in der Patentanmeldung P 20 44 249.3 beschrieben, und

Fig. 4 und 5 Schnittansichten von verschiednen Ausbildungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung mit duktilen Bauteilen, deren Arbeitsweise den in der Patentanmeldung P 22 36 686.5 beschriebenen Vorrichtungen ähnlich ist.

Fig. 1a und Fig. 1b,. die einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1a darstellt, zeigen eine Klemmvorrichtung, bei der zwischen Abstandsstücken 2 eine reihenweise Anordnung von Well- od. Kräuseldrähten 1 in einer Höhlung einer rechteckigen Hülle oder Mutter 3 angeordnet ist. Die Enden der Abstandsstücke liegen über dem Ende einer kleineren Höhlung 4, die im anderen Ende der Hülle 3 ausgebildet ist. In der Höhlung 4 ist ein Block 5 verschiebbar. Die Abstandsstücke 2, die aus einem harten Werkstoff, vorzugsweise aus Stahl hergestellt sind, erstrecken sich von einem Ende 6 der Höhlung 4 bis zu einer

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Stelle 7 in der anderen Hcäilung. Die letztgenannte Höhlung kann im Bedarfsfalle, und wie in Pig. 1a dargestellt, verlängert sein, um die freien Enden der Kräuseldrähte 1 zu schützen. Der Block 5 dient der Verankerung der anderen Enden der Kräuseldrähte 1 und weist eine mit Gewinde versehene Ausnehmung 8 auf, in die eine Schraube 9 eingreift.

Beim gezeigten Beispiel durchdringt die Schraube 9 ein Loch 13 in einer Platte 10 sowie ein entsprechendes Loch in einer Platte 11. Der Zusammenbau der Klemmvorrichtung geschieht durch Einschieben der Schraube 9 in die Höhlung 4, bis sie in die Ausnehmung 8 im Block 5 eingreift. Beim Einschrauben der Schraube 9 in die Ausnehmung 8 wird der Block 5 in Richtung auf die Platte 11 gezogen, und die Reibungskräfte zwischen den Kräuseldrähten 1 und den Abstandsstücken 2 bewirken, daß die Hülle oder Mutter 3 zusammen mit dem Block 5 verstellt wird. Sobald das Ende der Hülle 3 an der Platte 11 zur Anlage kommt, wird die letztere an die Platte 10 angedrückt. Weiteres Drehen der Schraube 9 bewirkt, daß der Block 5 eine erhöhte Zugkraft auf die Enden der Kräuseldrähte 1 ausübt, die sich daher teilweise verformen und so die Haltekräfte an den Berührungsflächen zwischen den Kräuseldrähten 1 und den Abstandsstücken 2 verringern. Der Block 5 läßt sich dann gegen diese Reibungshaltekräfte längs der Höhlung 4 ziehen. Diese Reibungskräfte sind u.a. abhängig von der Anzahl, dem Werkstoff und dem Grad der Kräuselung der Kräuseldrähte 1 sowie vom Werkstoff und der Oberflächenbeschaffenheit der Abstandsstücke 2, d.h. vom Reibungskoeffizient zwischen den Kräuseldrähten 1 und den Abstandsstücken 2.

Die Klemmvorrichtung kann selbstverstädnlich so ausgebildet sein, daß die Reibungskräfte, die sich der Drehbewegung der Schraube 9 widersetzen, im wesentlichen gleichmäßig sind. Zu diesem Zweck sollten die gekräuselten Abschnitte der Kräuseldrähte 1 ganz durch den hemmenden Teil der Vorrichtung hindurchgehen, und an den gekräuselten Abschnitten sollten auch freie Schwanzstücke belassen sein. Die Klemmvorrichtung

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ist daher als eine sogenannte Festlast-Klemmvorrichtung zum Miteinanderverbinden von zwei Teilen einer Anordnung ausgebildet, Die Arbeitsweise einer solchen Klemmvorrichtung ist bekannt.

Bei einer Ausbildung mit zehn Reihen zu je zwölf Drähten aus Klavierdraht Nr. 12 der metrischen Drahtlehre, 0,73 nan Durchmesser, mit wendeiförmiger Kräuselung, einer freien Amplitude von 1,00 mm und einer Wellenlänge von 8,00 mm, d.h. etwa drei Kräuselungen auf etwa 25,4 mm Länge, und mit einem Abstand zwischen den Abstandsstücken von 0,90 mm, wird angenommen, daß eine Durchzugskraft von etwa 3180 kp erzeugt wird.

Es leuchtet ein, daß eine dem gezeigten Beispiel ähnliche Vorrichtung sich dazu verwenden läßt, einen Druckentlastungsdeckel an einem Druckgefäß für Druckfluid festzuklemmen. Die Platte 10 kann daher Teil der Gefäßwand sein, das in dieser ausgebildete Loch kann durch einen Rand 12 dargestellt sein, und die Platte 11 ist dann in diesem Falle der Entlastungsdeckel. Indem rund um den Lochrand 12 eine Mehrzahl von Klemmvorrichtungen angeordnet wird, und indem die Schrauben 9 an der Gefäßwand so angeordnet werden, daß sie unverlierbar festgehalten sind, wird der Entlastungsdeckel dann durch die Muttern 3 gegen die Gefäßwand gezogen. Um ihn auch unter der Wirkung des Gefäßinnendruckes in der Schließstellung zu halten, müssen die Kennwerte der Vorrichtung entsprechend gewählt sein. In einem solchen Anwendungt.. all der Klemmvorrichtung ist es möglicherweise vorteilhafter, die Gewindeteile der Schraube 9 und der mit ihr zusammenwirkenden Ausnehmung 8 so zu bemessen, daß die Vorrichtung festgezogen werden kann, ohne daß an den Kräuseldrähten 1 zwischen den Abstandsstücken 2 eine unnötige Zugkraft aufgebracht wird, oder auf andere Weise zu vermeiden, daß die Schraube 9 so stark gedreht wird, daß der Block 5 an der Wand des Entlastungsdeckels 11 zur Anlage kommt. Durch Anordnen der "Mutter"-Aggregate außerhalb des Gefäßes ist es möglich, den Beginn des Durchziehens beim Anziehen jeder Schraube 9 leicht festzustellen, und es läßt sich auch ohne weiteres

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feststellen, daß die vorgeschriebene Klemmlast erreicht ist. Es muß selbstverständlich für ein reichliches Spiel zwischen dem Ende des Blockes 5 und der Deckelwand gesorgt werden, damit sich der Deckel, wenngleich nur geringfügig, gegenüber der Schraube 9 verschieben kann. Überdruck im Gefäß bewirkt, daß der Deckel auf jede Mutter 3 eine zusätzliche Kraft ausübt, die ihrerseits auf die Enden der über dem Ende der Höhlung 4 liegenden Abstandsstücke 2 wirkt. Sobald die Kraft groß genug ist, werden die Reibungskräfte zwischen den Abstandsstücken 2 und den Kräuseldrähten 1 überwunden und die Muttern 3 verschieben sich gegenüber den Kräuseldrähten 1, so daß sich der Deckel vom Gefäß abheben und der Innendruck entlastet werden kann.

Die den Pig. 1a und 1b jeweils entsprechenden Fig. 2 und 3 zeigen Vorrichtungen mit ähnlicher Wirkungsweise. Pig. 2b stellt einen Querschnitt längs der Linie B-B in Pig. 2a, Pig. 3b einen Querschnitt längs der Linie C-C in Pig. 3a dar.

Bei dem in Pig. 2a und 2b gezeigten Beispiel sind Drähte 21, Klavierdraht Hr. 12 der metrischen Drahtlehre, 0,73 mm Durchmesser, in einer Ebene gekräuselt, wobei die Kräuselung mit einer Wellenlänge von etwa 4 mm und einer Amplitude von 0,97 mm ausgeführt ist. Die Drähte 21 sind durch Löcher von 0,79 mm Durchmesser in Röhren 22 hindurchgeführt und in diesen Röhren 22 infolge ihrer Kräuselung daher zusammengepreßt. Die Röhren 22 liegen am Ende einer Röhre 23 an, durch die die Enden der Drähte 21 hindurchgeführt sind, um in einem Block 24 verankert zu werden. Der der Verankerung dienende Block 24 ist mit einem mit Gewinde versehenen Verlängerungsstück 24a versehen, an dem eine Mutter 25 angreift. In diesem Palle sind die Löcher in den Platten 10 und 11 gegenüber dem Block 24, der zweckmäßigerweise zylindrisch ausgebildet ist, mit Übermaß ausgeführt. Weisen die Platten 10 und 11 eine ausreichende Dicke auf, dann kann die Mutter 25 direkt auf die Wand der Platte 10 wirken. Vorzugsweise ist jedoch eine Unterlagscheibe 26 vorgesehen, um zu verhindern,

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daß die Mutter 25 am Gewinde der Schraube 24a aufsitzt. Dies dient dazu, eine Verringerung der Klemmkraft zu vermeiden.

Die Arbeitsweise dieser Kelmmvorrichtung ergibt sich aus der Beschreibung des in Fig. 1a und 1b gezeigten Beispiels.

Bei der in Fig. 3a und 3b gezeigten Ausbildungsform sind die Enden von Kräuseldrähten 31 in einem zylindrischen Block 32 verankert, dessen Durchmesser größer ist als der des in der Platte 10 ausgebildeten Loches. Hier sind die Kräuseldrähte 31, wie beim Beispiel gemäß Fig. 2a und 2b, durch Röhren 36 hindurchgeführt, das Halte- oder Aufnahmerohr 33 ist jedoch an seiner Außenfläche mit einem Gewinde versehen. Beim Zusammenbau der Klemmvorrichtung werden die Enden der Kräuseldrähte 31 und das Aufnahmerohr 33 durch mit Übermaß ausgeführte löcher in den beiden Platten 10 und 11 hindurch eingeführt. Die Klemmvorrichtung wird mit einer Mutter 34 befestigt, die auf das Gewinde des Aufnähmerohres 33 aufgeschraubt wird. Das Aufnahmerohr 33 weist Anflächungen 35 auf, an denen es mit einem Schraubenschlüssel beim Festziehen der Mutter 34 festgehalten werden kann. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich eine Klemmung mit konstanter Last erzielen.

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Verankerung der Drähte 1, 21 bzw. 31 dadurch geschehen, daß ihre Enden in einer Matrix aus Metall oder einem Polymeren vergossen oder um eine Eeihe von Stäben geschlungen werden, die ihrerseits auf mechanische Weise mit einem entsprechenden Befestigungsteil verbunden sein können.

Es wird als möglich erachtet, bei einer aktiven Duplex-

P Anordnung mit einer Querschnittsfläche von etwa 150 mm eine Durchzugslast von etwa zehn Tonnen zu areichen.

Fig. 4 und 5 zeigen Beispiele für die Anwendung der Erfindung auf die in der Patentanmeldung P 22 36 686.5 beschriebene duktile Konstruktion in Gestalt von Klemmvorrichtungen zum Aneinanderbefestigen von Aggregatteilen unter konstanter Last.

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Beim Beispiel gemäß Fig. 4 ist ein Stehbolzen 40 in eine Platte 41 eingeschraubt und durchdringt eine Platte 42, die gegen die Platte 41 festgeklemmt werden soll. Der Stehbolzen 40 weist einen an seinem unteren Ende verankerten Kern 43 und ein rohrförmiges Verlängerungsstück auf, dessen oberes Endstück 44 mit einem Gewinde versehen ist. Ein unteres Ende 45 des rohrförmigen Verlängerungsstückes ist so gestaltet, daß eine Fließverformung oder duktile Verformung in diesem Bereich einsetzen kann. Am Endstück 44 ist eine Mutter 46 aufgeschraubt, die sich zum Pestklemmen der Platte 42 an der Platte 41 in Richtung auf die Platte 42 anziehen läßt. Wird die Mutter 46 bei Anlage an der Platte 42 weiter angezogen, entstehen im rohrförmigen Verlängerungsstück Spannungen, die schließlich zur erwähnten Fließverformung führen. Eine solche Verformung ist im wesentlichen konstant, und die Vorrichtung ergibt somit eine Klemmung mit fester Last.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel handelt es sich um eine Mutter-Schraube-Klemmvorrichtung. Die Schraube 50 durchdringt Platten 51 und 52 und greift in einen Gewindeteil eines Kernrohres 54 ein. An dessen unterem Endstück ist ein duktil bzw. fließverformbarer Rohrkörper 55 angebracht, der so gestaltet ist, daß die Fließverformung an einer Stelle einsetzt. Das Ende des Rohrkörpers 55 ist beispielsweise durch Schweißen oder Löten mit dem Ende eines Reaktionsrohres 57 fest verbunden, das als Mutter wirkt und, wenn für Klemmzwecke erforderlich, an der Platte 51 angreift. Um Drehung des Kernrohres 54 mit der Schraube 50 zu verhindern, ist ein Reaktionsteil 58 vorgesehen.

Es leuchtet ein, daß bei den duktil oder fIießverformbaren Vorrichtungen eine kleinere Gesamtlänge als bei den Vorrichtungen mit Duplex-Anordnung erzielbar ist.

Bei den zuletzt genannten Vorrichtungen kann es zweckmäßig sein, durch Beobachten des Beginns von Bewegung zwischen den äußeren Enden des Endstückes 44 und des Kerns 43 eine visuelle Feststellung der Erreichung der vorgeschriebenen Klemmkraft zu ermöglichen.

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Im allgemeinen ist festzustellen, daß die in Pig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtungen mit Duplex-Anordnung vermutlich große Abmessungen haben, obwohl eine hohe Belastung erzielt werden kann, die durch entsprechende Ausbildung insofern veränderbar sein kann, als das Last-Dehnungs-Verhalten während des Durchziehens veränderbar gemacht werden kann. Andererseits ist bei den in Fig. 4 und 5 gezeigten fließverformbaren Ausführungsbeispielen bei Verwendung von Werkstoff mit niedrigem Fließverformungswiderstand eine gedrängte Bauweise, konstante Last und möglicherweise kurze Dehnung zu erwarten.

Eine Vorrichtung in erfindungsgemäßer Ausbildung ist als Schutz gegen Überdruck bei Gefäßen verwendbar, bei denen der Druckanstieg zu rasch vor sich geht, um eine Druckentlastung durch Verstellen eines Sicherheitsdeckels gegen Widerstandskräfte, die für eine konstante Last ausgelegt sind, erreichen zu können. Es ist möglicherweise zweckmäßig, die Kraftcharakteristik der Klemmvorrichtungen so zu gestalten, daß die Widerstandslast nach einer kurzen Verstellung unter Dehnung rasch absinkt. Hier kann die Erfindung gemäß Patentanmeldung P 23 03 526.9 zur Anwendung kommen. Mit dieser Vorrichtung könnte beispielsweise erreicht werden, daß die der nach außen gerichteten Bewegung des Deckels entgegenwirkende Kraft zuerst rasch absinkt, um ein rasches Ab.führen des Überdruckes sicherzustellen, und .dann wieder auf einen hohen Wert ansteigt, um die Bewegung des Deckels zu verlangsamen und zum Stillstand zu bringen, nachdem sich der Deckel um einen zweckmäßigen Betrag von seinem Sitz am Druckgefäß weg bewegt hat. Eine andere Möglichkeit besteht darin, mit einer oder mehreren Klemmvorrichtungen das rasche Öffnen eines großen Ventils auszulösen. Eine solche Anordnung könnte darin bestehen, ein großes Klappenventil mit einer oder mehreren der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtungen geschlossen zu halten, die das Klappenventil über einen Auslösemechanismus betätigen. Bei dieser Ausbildungsform könnte das Verlangsamen und Anhalten der Bewegung des Ventils an einer zweckmäßigen Stelle mit einem energieverzehrenden Verbindungsglied geschehen.

/Ansprüche S09850/0398

Claims

ANSPRÜCHE

1.) Vorrichtung zum Verbinden von zwei Körpern, die mit begrenzter Kraft miteinander zu verbinden sind, gekennzeichnet durch ein mit einem relativ feststehenden Körper (Platte 10) verbindbares erstes Teil (Schraube 9) und durch ein mit dem zweiten Körper (11) zu verbindendes zweites Teil (3), das mit dem ersten Teil (9) durch wenigstens eine druck- oder zugkraftempfindliche lastbegrenzende Vorrichtung verbunden ist, die wenigstens zwei Glieder (Drähte 1, Block 5) aufweist, von denen eines (1) verfemt wird, wenn die zwischen den beiden Teilen wirkende Last einen vorbestimmten Wert übersteigt, so daß zwischen den beiden Teilen (9, 3) eine Relativbewegung stattfindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen Gewindebolzen (Schraube 9; 50) oder einen Stehbolzen (40) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Gewindemutter (25; 34) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß sie Teil einer Sicherheitseinrichtung zum Schutz eines Druckgefäßes gegen die Auswirkungen übermäßigen Anstiegs des Innendruckes ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sie integrierender Bestandteil einer Druckentlastüngs- oder Abblasplatte zum Abdichten des Gefäßes gegen Innendruck ist.

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6. Vorrichtung, mit der sich ein erster Körper gegen einen zweiten Körper festklemmen läßt, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Gewindeteil, die zum Festklemmen der beiden Körper gegeneinander miteinander zusammenzuwirken vermögen, wobei zum ersten Gewindeteil wenigstens eine lastbegrenzende Vorrichtung gehört, die aus wenigstens zwei Gliedern zusammengesetzt ist, von denen das eine verformt wird, wenn die zwischen den beiden Gewindeteilen wirkende Klemmlast einen vorbestimmten Wert übersteigt, und dadurch Bewegung wenigstens eines Teiles des einen Gewindeteils gegenüber dem anderen Gewindeteil zuläßt, ohne daß die genannte Klemmlast irgendeinen wesentlichen weiteren Anstieg erfährt.

7. Vorrichtung, mit der sich ein erster Körper gegen einen zweiten Körper festklemmen läßt, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Gewindteil, mit denen sich die Körper gegen eine sie auseinanderdrängende Kraft gegeneinander festklemmen lassen, wobei zum ersten Gewindeteil eine lastbegrenzende Vorrichtung gehört, die aus wenigstens zwei Gliedern zusammengesetzt ist, von denen das eine verformt wird, wenn die aufgetragene Kraft, welche die beiden Körper auseinanderdrängt, einen vorbestimmten Wert übersteigt, und dadurch Bewegung wenigstens eines Teiles des einen Gewindeteils gegenüber dem anderen Gewindeteil zuläßt, damit sich die beiden Körper voneinander lösen, ohne daß die Trennkraft irgendeinen wesentlichen Anstieg erfährt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Gewindeteil integrierender Bestandteil einer Druckentlastungs- oder Abblasplatte zum Abdichten eines Druckgefäßes gegen übermäßigen Innendruckanstieg ist.

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