包括至少两个cfc 构件的构件连接件和用于生产该构件连接件的方法
【专利说明】包括至少两个CFC构件的构件连接件和用于生产该构件连接件的方法
[0001]本发明涉及包括通过紧配合或型面配合连接相互连接的至少两个CFC构件的构件连接件和用于生产这种构件连接件的方法。
[0002]CFC构件之间的构件连接件通常用在当CFC构件被用作机械零件或支撑结构的结构元件的所有情况中。由于如使用类型的特殊环境条件，产生了除静态或动态机械应力之外的其他应力，尤其例如热应力，所述应力可影响连接的蠕变断裂强度。
[0003]例如，CFC构件也可以用于循环装置，该循环装置用于在工业炉中循环或均匀地混合炉内气氛。这种熔炉用于进行热处理，例如，在热处理中，碳材料承受高温热解或者碳组分被碳化或石墨化。
[0004]不考虑工业炉内发生的个别过程，由于炉内气氛不时达到2000°C或者更高的温度，在工业炉内中使用的循环装置承受大量的热应力。由于这些高温热应力，现在通常将具有特别低的热膨胀系数的材料用于循环装置，以限制所使用的材料中的热诱导张力。由于其耐高温性和低重量，碳纤维增强碳(CFC)已被证明是特别适用于循环装置的结构材料。但是，问题是，由于其纤维定向，碳纤维增强碳展示出明显的各向异性，使CFC在纤维方向的热膨胀系数远低于其在垂直于纤维方向的热膨胀系数。例如，在CFC构件之间通过螺纹连接装置形成的连接中，如果CFC构件和连接螺栓的纤维定向相互交叉，在螺纹连接装置的区域内会产生显著的机械张力，其中，螺纹连接装置包括由CFC或石墨构成的连接元件，例如由CFC构成且通过石墨螺母夹在CFC构件上的螺栓。
[0005]由于CFC尤其在纤维之间的区域内具有极多孔形式，这些张力会导致螺纹连接件区域内的沉陷现象，致使在温度处理的过程中或在元件失效中CFC构件之间的最初紧配合螺纹连接出现松动。
[0006]防止该构件失效的一种可能是根据产生的温度应力定义维修周期，以能够在构件失效之前及时地更换螺纹连接装置。由于对循环装置进行维修或检查以及特别是最终的必须的修理伴随大量工作，因此本发明的目的在于增强构件连接件，尤其是用于循环装置的构件连接件，并且提出一种用于生产这种构件连接件的方法，以达到使CFC构件之间的永久的紧配合连接成为可能的效果。
[0007]为了实现这个目的，根据本发明的构件连接件具有权利要求1的特征。
[0008]根据本发明，通过形成在所述构件之间的连接区域内的散体材料结合连接确保构件连接件。
[0009]为了实现CFC构件之间的这种材料结合连接，基本上，采用何种方式生成材料结合连接并不重要，即如何实现CFC构件之间的相对排列是实现材料结合连接的先决条件。具体地，这可以通过以紧配合的方式(即尤其在预张力的作用下)将CFC构件配合在一起来实现，或者通过以型面配合的方式简单地将CFC构件相对于彼此排列来实现。
[0010]特别有利的是，材料结合连接具有包含硅的连接材料。
[0011]在各种情况下均有利的是，CFC构件之间的连接区域具有碳化硅含量，碳化硅含量随着到形成在构件之间的边界层的距离的增加而减少，使得一方面确保形成用于固定CFC构件之间的内结合力的材料结合连接，但是，另一方面，材料结合连接以局部高度限定的方式实现，因此，尽量减少通过连接区域影响构件原始材料的特性。
[0012]优选地，连接装置能够被设计为螺纹连接装置，并且材料结合连接形成在螺纹连接装置的螺母或螺栓的螺栓头与相邻的CFC构件之间。
[0013]在循环装置的另一个优选的实施例中，材料结合连接形成在型面配合连接装置的区域内，因此材料结合连接用于维持或固定住待互相连接的构件之间的型面配合，该型面配合在材料结合连接形成之前即形成。
[0014]如果构件连接件在用于循环环境大气的循环装置上实现，所述循环装置具有多个构件，所述多个构件至少包括用于将所述循环装置连接到驱动装置的轴、与所述轴连接的叶片载体和设置在所述叶片载体上以对大气施加流脉冲的多个叶片，至少叶片载体和叶片实现为CFC构件，所述构件连接件形成在该CFC构件之间。
[0015]这样，在循环装置的相互连接的CFC构件之间的能够实现永久的紧配合连接，以通过材料结合连接防止由于相互连接的构件之间的间隙和由此产生的紧配合的中断所引起的沉陷现象。
[0016]根据本发明的方法具有权利要求6的特征。
[0017]根据本发明，首先，形成紧配合或型面配合连接以在待相互连接的两个CFC构件之间形成构件连接件。直到此时，在形成在构件之间区域内的连接区域内，形成具有结合材料的散体材料结合连接。优选地，结合材料包含硅。
[0018]不论材料结合连接的产生是如何制备，即不论通过产生最初紧配合连接或型面配合连接，都将优选地包含硅的连接材料从外部涂覆到待相互连接构件的连接区域，随后熔化连接材料以形成材料结合连接。
[0019]已经证明特别有利的是，连接材料作为为具有30重量％ -60重量％的硅的聚乙烯醇和硅粉组成的糊剂被涂覆。
[0020]如果在真空或保护气氛中熔化硅，能够在最大程度上有利地防止连接区域内的多孔性的脆化或增加。
[0021]如果在连接材料中添加除硅以外的炭黑组分，能够最大化与碳反应形成碳化硅的硅的相对含量，因此连接区域内的游离硅的含量相应地被最小化。证明是有利的是，循环装置在高温下使用，并从1400°C开始防止连接区域内的游离硅熔化，由此在连接区域被削弱的同时防止硅沉淀。
[0022]下面参照附图更加详细地描述本发明优选的实施例。
[0023]在图中:
[0024]图1示出了循环装置的第一实施例的等距视图；
[0025]图2示出了图1中所示循环装置的俯视图；
[0026]图3示出了图2中所示循环装置沿图2中剖面线II1-1II的剖视图；
[0027]图4示出了循环装置的另一个实施例的等距视图；
[0028]图5示出了图4中所示循环装置的俯视图；
[0029]图6示出了图5中所示循环装置沿图5中剖面线V1-VI的剖视图；
[0030]图7示出了图1中所示循环装置的螺纹连接装置的局部放大图；
[0031]图8示出了应用在图7中所示螺纹连接装置中的弹簧元件的侧视图；
[0032]图9示出了用于螺纹连接装置的弹簧元件的另一个实施例的等距视图；
[0033]图10示出了具有被涂覆到螺纹连接装置的构件之间的连接区域上的连接材料的螺纹连接装置的一个实施例，该实施例是图7所示螺纹连接装置的可选实施例；
[0034]图11示出了图10中所示的螺纹连接装置，该螺纹连接装置伴随有对覆盖着连接材料的构件进行局部焊接；
[0035]图12示出了图6中所示循环装置的螺纹连接装置的局部放大图。
[0036]图1示出了循环装置20的第一个实施例。循环装置20包括用于将循环装置20连接到驱动装置(未示出)的轴21和刚性连接到轴21上用于共同旋转且用于在其上布置多个叶片23的叶片载体22，叶片23以沿叶片载体22的圆周分布的方式进行设置。如图1所示，叶片23容纳在叶片载体22和圆锥端圆环24之间，为了实现该目的，每个叶片33通过型面配合连接25和26分别将其轴向端27、28插入叶片载体22和圆锥端圆环24的槽形凹槽29。
[0037]具体地，如图2和图3所示，设有用于将轴21连接到叶片载体22的多个螺纹连接装置31，该螺纹连接装置与循环装置20的中心轴线30同轴地设置。为了与叶片载体22相连，轴21在其轴向连接端32上具有板状法兰33，板状法兰33具有与盘状叶片载体22的底侧35相接触的径向延伸的法兰环34。螺纹连接装置31以这样的方式实现:螺栓36穿过法兰环34和叶片载体22上的通道孔37、38，并且在螺栓36的相对的轴向端39和40上设有螺母41。在图2所示的螺纹连接装置31的实施例中，梁弹簧元件42设置在法兰环34和设置在螺栓36的下轴向端40上的螺母41之间。
[0038]如图7中的细节所示，梁弹簧元件42具有弹性梁44，弹性梁44通过轴向端支撑在支撑