用于连接两个构件的法兰连接装置的制作方法

本实用新型涉及一种法兰连接装置，第一构件借助所述法兰连接装置固定在第二构件上，并且所述法兰连接装置具有法兰，所述法兰连接装置连同与法兰连接装置连接的第一构件借助所述法兰固定、尤其铆接或螺纹连接在第二构件上。

两个构件借助法兰连接装置的连接通常不容易实现。为了实现两个构件、尤其两个机械构件通过至少一个法兰连接装置的连接的功能可靠的安装，需要将法兰整面地贴靠在法兰连接装置的构件上。除了对使用的法兰的各法兰面的平整度要求以外，在使用多个单独的法兰的情况下，这些法兰也需要在空间上彼此匹配地定向。此外，例如在通过法兰连接装置连接的机械构件的运行中存在温度差的情况下、尤其在使用具有相差很大的膨胀系数的材料(例如使用钢和铝)的情况下可能产生扭曲，这样的扭曲可能导致法兰连接装置的构件的损伤或普遍导致法兰连接装置沿法兰面滑移。

在现有技术中已知针对上述问题的各种解决方案。在最有利的情况下，法兰连接装置的构件或借助法兰连接装置连接的构件的制造精度和固有弹性足以避免法兰面裂开。此外，通常通过铣削或者研磨对需要借助法兰连接装置连接的构件中的一个或两个构件上的所有法兰面进行平面或者说平坦地加工。在由于剩余的、需要遵循的制造公差或者由于预期的机械变形或热变形使得法兰面存在剩余的、需要考虑的潜在位置公差的情况下，通常使用可移动的元件。

这类可移动的元件可以例如是具有导杆或者说转向直拉杆或弹性支承件的静态确定的装置，这些装置也可以提供额外的功能例如振动隔离。除了这种可移动的元件的成本以外，它们的仅有限的承载能力也常常是不利的。

此外，在现有技术中已知通过沿荷载方向定向安装的、平坦的薄板实现所谓的法兰支撑的法兰连接装置。由于薄板平面之外的较小刚度，法兰连接装置的相应的平移或旋转调整是可能的。这种法兰连接装置例如作为连接件用于轨道车辆上的特定碰撞模块。

这类法兰连接装置的缺点是荷载集中在唯一的结构横截面上，该结构横截面大多设计为薄板横截面。这种荷载集中导致与之后的构件结构的符合力流或者说力传递的连接需要较高的耗费。

因此，本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于多个构件的连接的法兰连接装置，尽管可能存在的公差或位置偏差，但所述法兰连接装置仍能在与现有技术相比优化的力流中实现两个构件、尤其两个机械构件的稳定的连接。

按照本实用新型提供一种法兰连接装置，第一构件借助所述法兰连接装置固定在第二构件上。所述法兰连接装置包括法兰，所述法兰连接装置连同与法兰连接装置连接的第一构件借助所述法兰固定、尤其铆接或螺纹连接在第二构件上。按照本实用新型，所述法兰连接装置在至少一个传递荷载的第一横截面中具有至少两个在空间上彼此错位的第一片状导向件的布置结构，所述第一片状导向件在额定位置中分别至少部分地在空间上在各一个平面内延伸，并且所述第一构件通过第一片状导向件连接在法兰上。

这种法兰连接装置的优点是，荷载或者说通过法兰连接装置传递的法兰力不会集中在唯一的结构横截面或者说薄板横截面上，而是通过多个片状导向件传递。此外，这种法兰连接装置能够实现借助法兰连接装置相互连接的构件的角度调整或者说角度适配。

优选地，总的通过法兰连接装置传递的力在法兰连接装置的至少一个传递荷载的第一横截面中通过由至少两个在空间上彼此错位的第一片状导向件构成的布置结构传递。

优选地，第一片状导向件的额定位置描述第一片状导向件的这样的位置或状态，在所述位置或状态中，第一片状导向件不受荷载，即没有力作用在第一片状导向件上。

优选地，片状导向件设计为长形的薄壁式结构，所述薄壁式结构在至少一个第一方向上是抗弯的、即在该第一方向上是刚性的或相对于力的作用是稳定的，并且在至少一个第二方向上是弯曲弹性的、即在该第二方向上可弯曲或者说可变形。

优选地，所述至少两个第一片状导向件设计为板形结构、尤其设计为薄板。特别优选地，所述至少两个第一片状导向件设计为薄壁式结构。优选地，第一片状导向件包括两个相对置的第一侧面，这两个第一侧面分别比第一片状导向件的其它侧面或者说边缘面大许多倍。在这种实施方式中，第一片状导向件允许借助法兰连接装置相互连接的构件相互或者说相对彼此地沿大致垂直于第一片状导向件的第一侧面延伸的方向移动。沿大致平行于第一片状导向件的第一侧面延伸的方向，第一片状导向件是刚性的并且因此机械构件的移动受阻。

优选地，第一构件具有构件结构，第一片状导向件从所述构件结构突伸出或者说第一片状导向件布置或固定在所述构件结构内。

在优选的实施方式中，所述至少两个在空间上彼此错位的第一片状导向件通过中间件相连。在这种实施方式中，法兰连接装置特别稳定，因为法兰力在法兰连接装置内部也经由中间件传递。优选地，中间件也设计为薄壁式结构、尤其设计为长形的薄板。

优选地，第一片状导向件起到刚体关节的作用。此外优选地，片状导向件设计为板簧元件。

优选地，所述至少两个在空间上彼此错位的第一片状导向件至少部分地在其中延伸的平面在第一片状导向件的额定位置中相对彼此成角度。在这种实施方式中，两个构件更稳定地相互固定，因为第一片状导向件更强地抵抗构件相互的、即相对彼此的移动。

在优选的实施方式中，所述第一片状导向件的中心平面在法兰力的作用线上相交于共同的第一假想铰接线中。优选地，第一片状导向件的中心平面相交于一直线，该直线与法兰力的作用线具有交点并且表示第一片状导向件的第一假想铰接线或者说第一假想铰接轴。在优选的实施方式中，第一假想铰接线、也就是第一片状导向件的中心平面的相交线位于法兰的邻近处。此外优选地，该假想铰接线位于法兰的邻近前方或与法兰直接相邻。在这种实施方式中，多个构件的角度调整可以通过法兰连接装置特别有效地实现。

优选地，所述法兰连接装置在至少一个传递荷载的第二横截面中还具有由至少两个在空间上彼此错位并且沿荷载方向相对于第一片状导向件错位的第二片状导向件构成的布置结构，所述第二片状导向件在额定位置中分别至少部分地在空间上在各一个平面内延伸，其中，所述第一构件通过第一片状导向件和第二片状导向件连接到法兰上。在这种实施方式中，按照本实用新型的法兰连接装置也提供额外的平移式的可移动性，例如用于补偿热膨胀。

优选地，总的通过法兰连接装置传递的力在至少一个传递荷载的第二横截面中通过由至少两个在空间上彼此错位的第二片状导向件构成的布置结构传递。

特别优选地，所述至少两个第二片状导向件也设计为薄壁式结构。优选地，第二片状导向件包括两个相对置的第一侧面，这两个第一侧面分别比第二片状导向件的其它侧面大许多倍。在这种实施方式中，第二片状导向件允许借助法兰连接装置相互连接的构件相互或者说相对彼此地沿大致垂直于第二片状导向件的第一侧面延伸的方向移动。沿着大致平行于第二片状导向件的第一侧面延伸的方向，第二片状导向件是刚性的并且因此机械构件的移动受阻。

在优选的实施方式中，所述至少两个第二片状导向件也设计为板形的结构、尤其设计为薄板，并且所述第二片状导向件的中心平面在法兰力的作用线上相交于共同的第二假想铰接线中，所述第二假想铰接线相对于所述第一假想铰接线平行延伸。优选地，第二片状导向件的中心平面在法兰力的作用线上相交于共同的第二假想铰接轴中。此外优选地，第二假想铰接线相对于第一假想铰接线沿法兰力的作用线平行推移。也就是第一假想铰接线优选相对于第二假想铰接线平行地间隔。

优选地，所述第一片状导向件中的一个第一片状导向件的中心平面平行于所述第二片状导向件中的一个第二片状导向件的中心平面。

优选地，所述至少两个在空间上彼此错位的第二片状导向件也通过所述中间件相连并且与第一片状导向件连接。在这种实施方式中，由第一片状导向件和第二片状导向件以及中间件构成的布置结构如同在第一和第二假想铰接轴中支承在法兰上或第一构件的构件结构上的导杆那样起作用。优选地，至少两个在空间上彼此错位的第二片状导向件通过中间件与第一片状导向件相连。

优选地，所述第一片状导向件能塑性变形或能弹性变形。优选地，第二片状导向件也能塑性变形或能弹性变形。尤其是第一片状导向件和/或第二片状导向件的塑性可变形性适用于有利地吸收安装公差。安装公差或构件与恰恰这些安装公差的偏差能够以此方式被有利地补偿。

在优选的实施方式中，所述法兰连接装置在至少一个传递荷载的第三横截面中具有至少两个在空间上彼此错位的另外的片状导向件的布置结构，所述另外的片状导向件在额定位置中分别至少部分地在空间上在各一个平面内延伸，所述平面分别相对于第一片状导向件的延伸平面旋转。在这种实施方式中，法兰连接装置能够实现通过该法兰连接装置连接的构件相对彼此的万向接头式的可移动性。

优选地，所有的通过法兰连接装置传递的力在法兰连接装置的至少一个传递荷载的第三横截面中通过由至少两个在空间上彼此错位的、另外的片状导向件构成的布置结构传递。

优选地设有另一组具有假想铰接线的片状导向件。此外优选地设有其它组片状导向件，它们具有两条彼此平行的假想铰接线，这两条假想铰接线布置为，使得法兰连接装置的分别垂直于所述假想铰接线的移动平面相对垂直于第一和第二假想铰接线的移动平面成角度或者说与垂直于第一和第二假想铰接线的移动平面围成一个角。

优选地，所述片状导向件以焊接的薄板构造方式制造和/或集成在借助法兰连接装置相连的构件的邻接的构造结构和/或构件结构中。

优选地，借助法兰连接装置相连的构件的由第一、第二和/或另外的片状导向件的布置结构提供的移动平面彼此成角度或相对彼此旋转。尤其优选地，前述移动平面中的至少两个相对彼此垂直地定向。优选地，通过其它组另外的片状导向件为法兰连接装置提供多个另外的移动平面。换言之，法兰连接装置优选在至少一个传递荷载的另外的横截面中包括至少两个在空间上彼此错位的另外的片状导向件的布置结构，所述另外的片状导向件在额定位置中分别至少部分地在空间上在各一个平面内延伸，所述平面分别相对于第一片状导向件的延伸平面旋转、尤其旋转90°。

此外优选地，所述法兰通过至少一个另外的结构连接在第一构件的构件结构上。此外优选地，所述至少一个另外的结构能够实现对构件相对彼此的可移动性的影响或限制。

优选地，第一、第二和另外的片状导向件在额定位置中是平坦的。

本实用新型的上述性质、特征和优点及其实现的方式方法结合以下对实施例的描述可更清楚和更明确地理解，这些实施例会结合附图详细阐述。在附图中：

图1示出按照本实用新型的法兰连接装置的第一实施例的横剖面图；

图2示出示意性的机械替代图，用于更好地理解本实用新型的第一实施例；并且

图3示出剖切在图1中所示的第一实施例得到的另外的横剖面图。

在图1至图3中相同地标记的部件对应彼此相同的部件，因此结合某一附图对这些部件的描述也适用于在其它附图之一中相同地标记的部件。

在图1中示出按照本实用新型的法兰连接装置100的第一实施例的横剖面图i-i。剖切第一实施例的剖切线i-i在图3中示出。在该实施例中，借助法兰连接装置100将第一构件1固定在第二构件2上。在该实施例中，第一构件1纯示例性地是用于轨道车辆的碰撞模块的固定部件，而第二构件2纯示例性地是轨道车辆的部件。但法兰连接装置100也可以用于连接几乎任意的其它构件、尤其用于连接机械构件。

法兰连接装置100包括法兰90，第一构件1借助法兰90法兰连接在第二构件2上，也就是说，第一构件1通过法兰90固定在第二构件2上。在第一实施例中纯示例性地通过法兰90在第二构件2上的螺纹连接实现固定，但也可以以其它方式方法实现固定。在第一实施例中，法兰连接装置100在传递荷载的第一横截面中具有两个在空间上彼此错位的第一片状导向件91-1、91-2的布置结构，所述第一片状导向件91-1、91-2在额定位置中在空间上分别在一个平面内延伸，并且第一构件1通过第一片状导向件91-1、91-2连接到法兰90上。此外，在第一实施例中，法兰连接装置100纯示例性地在传递荷载的第二横截面内还具有由至少两个在空间上彼此错位并且沿荷载方向相对于第一片状导向件91-1、91-2错位的第二片状导向件92-1、92-2构成的布置结构，所述第二片状导向件92-1、92-2在额定位置中同样在空间上分别在一个平面内延伸，其中，第一构件1通过第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2连接到法兰90上。

在第一实施例中，第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2分别设计为薄壁式结构、更准确地说设计为薄板，这些薄板在法兰连接装置100未承受荷载的状态下沿平面延伸。在图1中示出的横剖面中，只能看见第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2的侧边缘。第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2可塑性变形并且分别具有两个相对置的第一侧面，这些第一侧面分别比其它侧面或者说比第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2的边缘面大许多倍。例如，第一侧面比第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2的侧边缘的在图1中可见的面大许多倍。图1的观察者的观察方向平行于第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2的宽阔的第一侧面延伸。

在法兰连接装置100的荷载的范畴内，如果力垂直作用在所述第一侧面上，则第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2能够塑性弯曲。而如果力作用在第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2的边缘面上，则在该方向上抗弯的第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2不产生弯曲。第一片状导向件91-1、91-2在第一实施例中被第一构件1的构件结构容纳并且固定在该构件结构上。第二片状导向件92-1、92-2在该实施例中由法兰连接装置100的夹持或容纳两个另外的片状导向件的构件结构容纳并且固定在该构件结构上，然而其中，在图1中由于是剖视图只显示了所述两个另外的片状导向件中的一个93-2。这点将结合图3详细阐述。但代替容纳另外的片状导向件的构件结构，第二片状导向件92-1、92-2也可以例如通过任意的其它固持结构与法兰90连接并且以此方式方法固定在法兰连接装置100内。

在第一实施例中，至少两个在空间上彼此错位的第一片状导向件91-1、91-2在法兰连接装置100的未受荷载的状态下彼此成角度地布置并且通过中间件80相连。具体而言，第一片状导向件91-1、91-2朝法兰90的方向彼此靠近。换言之，两个彼此在空间上错位的第一片状导向件91-1、91-2在其中延伸的平面在第一片状导向件91-1、91-2的额定位置中彼此成角度并且在第一片状导向件91-1、91-2的朝向法兰90的端部边缘处与中间件80连接。中间件80在该实施例中同样设计为薄壁式结构、更准确地说设计为薄板。所述两个在空间上彼此错位的第二片状导向件92-1、92-2在法兰连接装置100的未受荷载的状态下也彼此成角度地布置并且通过中间件80相连并且与第一片状导向件91-1、91-2相连。具体而言，第二片状导向件92-1、92-2随着与法兰90的距离的增大而相互靠近。换言之，两个彼此在空间上错位的第二片状导向件92-1、92-2在其中延伸的平面在第二片状导向件92-1、92-2的额定位置中彼此成角度并且在第二片状导向件92-1、92-2的背离法兰90的端部边缘处与中间件80连接。

第一片状导向件91-1、91-2布置为，使得第一片状导向件91-1、91-2的中心平面在法兰连接装置100的法兰力wfk的作用线上相交于共同的第一假想铰接线11。在图1中，法兰力wfk的作用线显示为虚线。垂直于法兰力wfk的作用线的第一假想铰接线11在图1中显示为带圆圈的点，其中，第一片状导向件91-1、91-2的中心平面的假想延长线在图1中显示为点划线。

第二片状导向件92-1、92-2布置为，使得第二片状导向件92-1、92-2的中心平面同样在法兰连接装置100的法兰力wfk的作用线上相交于共同的第二假想铰接线12，所述第二假想铰接线12相对于第一假想铰接线11平行延伸。第二片状导向件92-1、92-2的中心平面的假想延长线在图1中也显示为点划线，其中，垂直于法兰力wfk的作用线的第二假想铰接线12在图1中也显示为带圆圈的点。

这种布置结构一方面能够实现第一和第二构件1、2之间的角度调整适配并且另一方面能够实现额外的平移式的可移动性，例如用于补偿热膨胀。更准确地说，该布置结构如同在假想铰接线11和12上支承在法兰90或第一构件1的构件结构上的导杆那样起作用。

为了表明这种类似性，在图2中示出示意性的机械替代图，以便更好地理解本实用新型的第一实施例。构件1借助法兰连接装置100通过法兰90固定在构件2上。第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2的假想铰接线11、12也可以被称为假想铰接线11、12并且在图2中从图平面伸出并且在图2中又显示为周围带圆圈的点。通过第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2结合中间件80实现法兰连接装置100的与导杆类似的工作方式。

在图1中示出剖切按照本实用新型的法兰连接装置100的第一实施例的剖切线iii-iii。与所述剖切线iii-iii相对应的剖视图在图3中示出。换言之，图3示出剖切在图1中示出的第一实施例得到的另外的横剖面，该横剖面垂直于在图1中示出的横剖面。

在图3所示的视图中可见多个第一片状导向件中的第一个第一片状导向件91-1的第一侧面之一和多个第二片状导向件中的第一个第二片状导向件92-1的第一侧面之一。第一个第一片状导向件91-1和第一个第二片状导向件92-1与中间件80连接，该中间件80也在图3中(正如图1中一样)垂直于剖切平面iii-iii布置。参照图1，由图3尤其可以清楚看出第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2的薄壁式结构。在该实施例中，法兰连接装置100包括另外的片状导向件93-1、93-2、94-1、94-2、即两个第三片状导向件93-1、93-2和两个第四片状导向件94-1、94-2。这些另外的片状导向件93-1、93-2、94-1、94-2同样是薄壁式结构，这些薄壁式结构基本上与第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2一致。

换言之，在该实施例中，法兰连接装置100在传递荷载的第三横截面中包括两个另外的在空间上彼此错位的第三片状导向件93-1、93-2的布置结构，第三片状导向件93-1、93-2在其额定位置中在空间上分别在一个平面内延伸。此外在该实施例中，法兰连接装置100在传递荷载的第四横截面中具有两个另外的在空间上彼此错位的第四片状导向件94-1、94-2的布置结构，第四片状导向件94-1、94-2在其额定位置中在空间上分别在一个平面内延伸。第三和第四片状导向件93-1、93-2、94-1、94-2也分别相对彼此成角度并且与另外的中间件50相连，该中间件50基本上与前述的中间件80一致。第三和第四片状导向件93-1、93-2、94-1、94-2彼此间和相对于另外的中间件50基本上如第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2彼此间和相对于前述中间件80那样地布置。也就是说，第三片状导向件93-1、93-2也布置为，使得第三片状导向件93-1、93-2的中心平面在法兰力wfk的作用线上相交于共同的第三假想铰接线13。此外，第四片状导向件94-1、94-2也布置为，使得第四片状导向件94-1、94-2的中心平面在法兰力wfk的作用线上相交于共同的第四假想铰接线14，所述第四假想铰接线14相对于第三假想铰接线13间隔地、但平行地延伸。此外在该实施例中，第三假想铰接线13以及第四假想铰接线14正交于第一和第二假想铰接线11、12地延伸。

因此，第三和第四片状导向件93-1、93-2、94-1、94-2相对于第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2旋转90°的角，从而构件1、2的由设置的片状导向件对91-1、91-2、92-1、92-2、93-1、93-2、94-1、94-2产生的移动平面彼此垂直。由于第四片状导向件94-1、94-2直接与法兰90连接并且第三片状导向件93-1、93-2与固持第二片状导向件92-1、92-2的构件结构连接，所以由此产生第一和第二构件1、2相对彼此的万向接头式的可移动性。在另外的实施例中，第三和/或第四片状导向件93-1、93-2、94-1、94-2也可以相对彼此和相对第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2如此布置，使得形成的第三和第四假想铰接线13、14不是分别垂直于第一和第二假想铰接线11、12，而是相对于第一和第二假想铰接线11、12旋转另外的角度。在这类实施方式中，第一和第二构件1、2的由片状导向件对91-1、91-2、92-1、92-2、93-1、93-2、94-1、94-2产生的移动平面也不彼此垂直，而是相对彼此旋转另外的角度。也就是第三和第四片状导向件93-1、93-2、94-1、94-2布置为，使得它们的假想铰接线13、14如此定向，从而分别垂直于这些假想铰接线13、14的移动平面分别相对分别垂直于第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2的假想铰接线11、12的移动平面具有角度。此外还可以设置其它组片状导向件、尤其是片状导向件对。

在该实施例中，法兰90纯示例性地通过另外的结构60连接到第二构件2的构件结构上。在该实施例中，该另外的结构纯示例性地有针对性地设计用于影响或限制导杆布置结构的可移动性。

在前述实施例中总共使用八个片状导向件。但也可以实现只具有第一片状导向件91-1、91-2的按照本实用新型的法兰连接装置100，第一片状导向件91-1、91-2例如代替在中间件80上的连接而可以直接连接到法兰连接装置100的法兰90上。此外，按照本实用新型的法兰连接装置100也可以设计为仅具有第一和第二片状导向件91-1、91-2、92-1、92-2。此外，按照本实用新型的法兰连接装置100还可以设计为，在其中不成对地设置片状导向件，而是一组片状导向件分别包括两个以上的片状导向件、例如三个、四个、五个、六个、七个、八个或八个以上的第一片状导向件或者例如三个、四个、五个、六个、七个、八个或八个以上的第二片状导向件等。

换言之，按照本实用新型，由现有技术已知的片状导杆布置结构增加数倍(在前述实施例中纯示例性地增加一倍)，以便由此分配力流。此外，串联式地添加具有相间隔的假想铰接线或假想铰接轴的多个片状导向件的其它布置结构允许法兰90横向于主荷载方向的平移移动。在该实施例中，多个片状导向件以焊接的薄片构造方式实现为平面的、薄壁式结构，这些薄壁式结构集成在相邻的设计结构或者构件1、2中。

在法兰连接装置100的主荷载方向上，片状导向件承受拉力和压力、也就是以利用率非常高的方式承受荷载。不需要单独的关节或弹性的元件。但例如在充分利用塑性变形的情况下，常见设计结构的所有可能的、需要遵循的制造公差能够被吸收。因此，按照本实用新型的法兰连接装置尤其适合用于成本和重量优化的、但承载能力高的连接。按照本实用新型的法兰连接装置尤其适合用于连接轨道车辆中的组件，这些组件需要传递全部的运行中的纵向力和部分异常的纵向力。通过有针对性地控制和调节横向于主荷载方向的弹性，即使构件尺寸较大并且材料配对不利、例如在使用铝和钢的情况下也能良好地控制住热应力。

尽管本实用新型的细节尤其通过优选的实施例详细说明和描述，但本实用新型不受公开的实施例的限制，并且本领域技术人员可以从中推导出其它变型，只要不脱离本实用新型的保护范围即可。