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Patent Searching and Data


Title:
SUPPORT ROD MADE OF CARBON FIBER-REINFORCED CARBON FOR HOLDING SIO2 BODIES AND METHOD FOR PRODUCING SIO2 HOLLOW CYLINDERS WHILE USING THE SUPPORT RODS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/099734
Kind Code:
A1
Abstract:
A prior art support rod made of carbon fiber-reinforced carbon for holding SIO2 bodies is composed of a number of cylindrical partial pieces (1; 5), which are arranged in the direction of a longitudinal axis (17) and are joined to one another by means of a screwed connection. For effecting the screwed connection of two adjacent partial pieces (1; 5), the end of the first partial piece (1) is provided with an external thread that engages in an internal thread (3), which is formed in a threaded bore of the second partial piece (5). The first partial piece (1) is provided with a contact surface (12), which is located on the face and rests against a supporting surface (10), which is also located on the face after having been shaped on the edge of the threaded bore (7). The aim of the invention is to improve the prior art support rod so that it can be economically produced even when having long lengths while simultaneously satisfying high strength requirements. To this end, the invention provides that the supporting surface (10) is provided in the form of an outer cone against which an inner cone rests with a force component acting in the direction of the longitudinal axis (17).

Inventors:
CHRISTIANSEN UWE (DE)
RAUHUT VOLKER (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/005318
Publication Date:
December 04, 2003
Filing Date:
May 21, 2003
Export Citation:
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Assignee:
HERAEUS TENEVO AG (DE)
CHRISTIANSEN UWE (DE)
RAUHUT VOLKER (DE)
International Classes:
C03B19/14; C03B37/014; (IPC1-7): C03B37/014; C03B19/14
Foreign References:
EP1306354A12003-05-02
EP0701975A21996-03-20
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 114 (C - 225) 26 May 1984 (1984-05-26)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 012, no. 479 (C - 552) 14 December 1988 (1988-12-14)
Attorney, Agent or Firm:
Staudt, Armin (Offenbach, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Tragstange aus faserverstärktem Kohlenstoff, insbesondere aus carbonfa serverstärktem Kohlenstoff, zum Halten von Si02Körpern, zusammenge setzt aus mehreren, in Richtung einer TragstangenLängsachse (17) ange ordneter und mittels Schraubverbindung miteinander verbundener, zylin derförmiger Teilstücke (1 ; 5), wobei zur Schraubverbindung zweier benach barter Teilstücke (1 ; 5) das erste Teilstück (1) endseitig mit einem Außen gewinde versehen ist, das in ein Innengewinde (3) eingreift, welche in einer Gewindebohrung des zweiten Teilstücks (5) ausgebildet ist, wobei das erste Teilstück (1) mit einer stirnseitigen Kontaktfläche (12) versehen ist, die ge gen eine am Rand der Gewindebohrung (7) ausgearbeitete stirnseitige. Auf lagefläche (10) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (10) als Außenkonus ausgebildet ist, gegen den ein Innenkonus mit einer in Richtung auf die Längsachse (17) wirkenden Kraftkomponente anliegt.
2. Tragstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenko nus eine Flächennormale aufweist, die mit der Längsachse (17) einen Win kel im Bereich zwischen 30 und 60 Grad einschließt.
3. Tragstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenko nus eine Flächennormale aufweist, die mit der Längsachse (17) einen Win kel im Bereich um 45 Grad einschließt.
4. Tragstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Außengewinde und das Innengewinde (3) als Rundge winde ausgebildet sind.
5. Tragstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schraubverbindung benachbarter Teilstücke (1 ; 5) eine Stützhülse (13) umfasst, die an der Auflagefläche (10) und an der Kontakt fläche (12) anliegt.
6. Tragstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt fläche (12) als stirnseitige Planfläche ausgebildet ist.
7. Tragstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt fläche (12) mit einem Außenkonus versehen ist.
8. Tragstange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, der Außenkonus ei ne Flächennormale aufweist, die mit der Längsachse (17) einen Winkel im Bereich zwischen 30° und 60°, vorzugsweise um 45°, einschließt.
9. Tragstange nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülse (13) aus einem Rohr aus gewickeltem faserverstärktem Kohlenstoff hergestellt ist.
10. Tragstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Teilstücke (1 ; 5) eine Schichtstruktur aus einer sich wie derholenden Abfolge von Faserund Grafitschichten aufweist, wobei jede Schicht in einer sich in Richtung der Längsachse (17) erstreckenden Schichtebene (15) verläuft, und wobei die benachbarten Teilstücke (1 ; 5) derart zueinander angeordnet sind, dass die jeweiligen Schichtebenen (15) einen Winkel im Bereich zwischen 0° und 10° einschließen.
11. Tragstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Außengewinde mindestens einseitig eine in Richtung der Längsachse (17) und parallel zur Schichtebene (15) verlaufende Flachseite (16) aufweist.
12. Tragstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das erste Teilstück (1) mit einem Zapfen (6) ausgebildet ist, der in eine Innenbohrung (7) des zweiten Teilstücks (5) hineinragt, wobei eine Teillänge der Innenbohrung (7) als zylindermantelförmige Führungs hülse, und eine Teillänge des Zapfens (6) als zylindermantelförmiger, an der Führungshülse anliegender Zentrierbolzen ausgebildet ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines SiO2Hohlzylinders, umfassend einen Ver fahrensschritt, in welchem der SiO2Hohlzylinder in vertikaler Ausrichtung in einem Ofen mittels einer Tragstange gehalten wird, dadurch gekennzeich net, dass zur Halterung eine Tragstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingesetzt wird.
Description:
Tragstange aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff zum Halten von SiO2-Körpern und Verfahren zur Herstellung von SiO2-Hohizylindern unter Einsatz der Tragstange Die Erfindung betrifft eine Tragstange, aus faserverstärktem Kohlenstoff, insbe- sondere aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff, zum Halten von Si02-Körpern, zusammengesetzt aus mehreren, in Richtung einer Tragstangen-Längsachse an- geordneter und mittels Schraubverbindung miteinander verbundener, zylinderför- miger Teilstücke, wobei zur Schraubverbindung zweier benachbarter Teilstücke das erste Teilstück endseitig mit einem Außengewinde versehen ist, das in ein Innengewinde eingreift, welche in einer Gewindebohrung des zweiten Teilstücks ausgebildet ist, wobei das erste Teilstück mit einer stirnseitigen Kontaktfläche ver- sehen ist, die gegen eine am Rand der Gewindebohrung ausgearbeitete stirnseiti- ge Auflagefläche anliegt.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Si02- Hohlzylinders, umfassend einen Verfahrensschritt, in welchem der Si02- Hohlzylinder in vertikaler Ausrichtung in einem Ofen mittels einer Tragstange ge- halten wird.

Die Herstellung von Quarzglas aus synthetisch erzeugtem SiO2 erfolgt häufig über ein Zwischenprodukt in Form eines Hohlzylinders aus porösem Si02, der im all- gemeinen als"Sootkörper"bezeichnet wird. Derartige Sootkörper sind mecha- nisch wenig stabil und daher-insbesondere bei hohem Gewicht-schwer zu handhaben.

Zum Halten derartiger Sootkörper wurden eine Vielzahl von Vorrichtungen vorge- schlagen. Bei einem gattungsgemäßen Verfahren gemäß der EP 0 701 975 A2 umfasst die Halterung eine Tragstange aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff (CFC), die an einem Haltefuß befestigt ist. Auf dem Haltefuß ruht der in vertikaler Ausrichtung zu haltende Hohlzylinder, wobei sich die Tragstange durch die Innen- bohrung des Hohlzylinders erstreckt. Die zum Transport oder zum Halten des

Hohlzylinders erforderlichen Kräfte greifen an dem Haltefuß und an dem Tragstab an.

Bauteile aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff werden aus Formkörpern herge- stellt, in denen sich Schichten aus Fasermaterial und Grafit abwechseln. Diese werden in sogenannten Grafitierungsöfen gesintert. Die Herstellung von Bauteilen, die größer sind als herkömmliche Grafitierungsöfen ist besonders aufwendig. Dies betrifft auch Tragstangen für die Halterung eines Sootkörpers, wenn diese eine Länge von mehreren Metern aufweisen soll.

Zur Lösung dieses Problems wird in der WO 02/010081 eine Tragstange gemäß der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, die aus mehreren zylinderförmi- gen Teilstücken aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff zusammengesetzt ist, die mittels Schraubverbindung miteinander verbunden sind. Hierzu sind die Enden der Teilstücke jeweils als Außengewinde oder dazu passendem Innengewinde ausgebildet. Die axiale Fixierung der beiden benachbarten Teilstücke zueinander wird dadurch bewirkt, dass jedes der Teilstücke eine in Richtung der Längsachse weisende, ringförmig umlaufende Fläche aufweist, die beim Zusammenschrauben aufeinander zu liegen kommen.

Bauteile aus carbonfaserverstärkter Kohlenstoff weisen herstellungsbedingt eine Schichtstruktur auf, wobei sich Schichten aus kreuzförmig angeordneten Fasern (Fasermatrix) und Schichten aus Grafit abwechseln. In Richtung der beiden Ach- sen der Fasermatrix zeichnet sich der Werkstoff durch hohe Zugfestigkeit aus, wohingegen die Grafitschichten eine geringe Festigkeit aufweisen und insbeson- dere durch parallel zur Schichtenebene wirkende Kräfte leicht abgeschert werden können. Die Ausbildung der stirnseitigen Enden in Form von Gewinden führt bei beiden Teilstücken der Schraubverbindung zu einer Verringerung der tragenden Wandstärke. Dies macht sich insbesondere bei dem mit Innengewinde versehe- nen Teilstück bemerkbar, da hierbei lediglich eine hülsenförmige tragende Wan- dung verbleibt, die durch Kräfte mit einer radial nach Außen weisenden Kompo- nente leicht gesprengt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine aus Teilstük- ken zusammengesetzte Tragstange aus faserverstärktem Kohlenstoff, insbeson- dere aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff, anzugeben, die hohen Festigkeits- anforderungen genügt, und ein betriebssicheres Verfahren zur Herstellung eines Si02-Hohlzylinders anzugeben, bei welchem dieser in vertikaler Ausrichtung in einem Ofen mittels einer Tragstange gehalten wird.

Hinsichtlich der Tragstange wird diese Aufgabe ausgehend von der eingangs ge- nannten Tragstange erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Auflagefläche als Außenkonus ausgebildet ist, gegen den ein Innenkonus mit einer in Richtung auf die Längsachse wirkenden Kraftkomponente anliegt.

Die erfindungsgemäße Tragstange ist aus kleineren Teilstücken zusammenge- schraubt. Die Längen der Teilstücke sind so gewählt, dass sie in Grafitierungsöfen mit Standardabmessungen gefertigt werden können. Derzeit liegen die ohne Son- deranfertigung herstellbaren Längen bei etwa 1,2 m, so dass zur Herstellung einer üblichen Tragstange drei bis sechs Teilstücke benötigt werden.

Die Verbindung der als Stab oder Rohr vorliegenden Teilstücke miteinander er- folgt durch eine Schraubverbindung. Hierfür sind die Teilstücke-abgesehen von den beiderseitigen Endstücken der Tragstange-jeweils an beiden Enden mit ei- nem Gewinde versehen. Entweder ist an einem Ende ein Außengewinde (Gewin- debolzen) und an dem anderen Ende ein Innengewinde (Gewindebohrung) vorge- sehen, wobei in dem Fall eine einzige Form der Teilstücke zur Bildung der Trag- stange genügt. Oder es gibt unterschiedliche Arten von Teilstücken, die jeweils beiderseits mit Gewindebohrungen oder mit Gewindebolzen versehen sind, wobei in diesem Fall die Tragstange aus den unterschiedlichen Teilstücken wechselwei- se zusammengeschraubt wird. Die als Endstücke der Tragstange dienenden Teil- stücke weisen an dem einen Ende ein Gewinde auf, das mit dem Gewinde eines Mittelstücks korrespondiert, und sie an dem anderen, freien Ende ebenfalls Ge- winde aufweisen, wobei diese Gewinde speziell an die Fixierung der Tragstange angepasste Formen aufweisen können.

Die in Richtung der Tragstangen-Längsachse weisende Flächen (Auflagefläche und Kontaktfläche) dienen zur axialen Fixierung der beiden benachbarten Teil- stücke und sie vermindern Maßtoleranzen über die Gesamtlänge der Tragstange.

Hierzu liegen Auflagefläche und Kontaktfläche entweder unmittelbar oder über ein Zwischenstück gegeneinander an.

Entscheidend ist, dass die Auflagefläche bei dem zweiten, mit Innengewinde ver- sehenen Teilstück als Außenkonus ausgebildet ist, gegen den ein Innenkonus einwirkt, der eine in Richtung der Längsachse wirkende Kraftkomponente auf den Außenkonus ausübt. Der Außenkonus ist in einem Bereich ausgebildet, der infol- ge der Gewindebohrung des ersten Teilstücks eine verminderte Wandstärke auf- weist. Beim Zusammenschrauben werden die beiden Teilstücke gegeneinander gepresst, wobei auf die Auflagefläche und auf die Kontaktfläche ein Druck ausge- übt wird. Der Innenkonus, welcher den am Ende des ersten Teilstücks ausgebil- deten Außenkonus umgibt, umgreift den Außenkonus somit in diesem Bereich verminderter Wandstärke und übt eine radial nach innen wirkende Kraftkompo- nente darauf aus, die die Gefahr einer"Spaltwirkung"reduziert. Der Innenkonus wird dabei entweder durch eine konische Kontaktfläche des ersten Teilstücks ge- bildet, oder der Innenkonus ist in einem Zwischenstück ausgebildet, das in Wirk- verbindung mit der Kontaktfläche des ersten Teilstücks steht, so dass die von der Kontaktfläche ausgehende Kraft auf das Zwischenstück übertragen wird.

Beim Außenkonus handelt es sich um eine um die Längsachse umlaufende Flä- che um die Gewindebohrung des ersten Teilstücks, deren Flächennormale in Be- zug auf die Längsachse geneigt ist und von ihr weg zeigt. Die Flächennormale des an die Fläche des Außenkonus angepassten innenkonus zeigt dementsprechend in Richtung der Längsachse. Wesentlich ist die Neigung der Fläche in Bezug auf die Längsachse ; ein linear konischer Verlauf ist weder beim Außenkonus noch beim Innenkonus erforderlich.

Es hat sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Außenkonus eine Flächennormale aufweist, die mit der Längsachse einen Winkel im Bereich zwischen 30 und 60 Grad, vorzugsweise um 45 Grad, einschließt.

Bei einem stumpfen"Konuswinkel"von weniger als 30 Grad ist die in radialer Richtung gegen den Innenkonus wirkende Kraftkomponente gering, so dass sich eine geringe stützende Wirkung für die Wandung des zweiten Teilstücks ergibt.

Bei einem spitzen"Konuswinkel"von mehr als 60 Grad können die Teilstücke oder ein etwaiges Zwischenstück spitze Kanten aufweisen, die eine geringe me- chanischen Stabilität aufweisen.

Es hat sich besonders bewährt, wenn das Außengewinde und das Innengewinde als Rundgewinde ausgebildet sind.

Durch das Rundgewinde werden Kantenspannungen im Bereich der Gewin- deflanken vermindert. Metrische Gewinde haben üblicherweise einen Flankenwin- kel von 60° ; Trapezgewinde um 30°. Werden derartige Gewindeverbindungen axial belastet, so bildet sich-je nach Flankenwinkel-eine in radialer Richtung wirkende Kraftkomponente aus, die das Muttergewinde in der Grafitschicht auf- sprengen kann (im Folgenden als"Spaltwirkung"bezeichnet). Daher werden bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Tragstange die Gewinde als Rundge- winde ausgeführt, wie sie in DIN 405 spezifiziert sind. Durch die Ausrundung des Gewindegrundes werden Spannungsspitzen reduziert.

Die in Richtung der Zylinderachse weisenden Flächen (Auflagefläche und Kon- taktfläche) zur Fixierung der beiden Teilstücke in axialer Richtung können direkt aneinander liegen. Es hat sich aber als besonders günstig erwiesen, ein Zwi- schenstück vorzusehen, so dass bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Tragstange die Schraubverbindung benachbarter Teilstücke eine Stützhülse umfasst, die an der Kontaktfläche und an der Auflagefläche an- liegt.

Die Stützhülse dient insbesondere zur Stützung des Randes des mit dem Innen- gewinde versehenen zweiten Teilstücks. Hierzu ist das der Auflagefläche zuge- wandte Ende der Stützhülse mit einem Innenkonus versehen, der auf dem Au- ßenkonus der Auflagefläche aufliegt. Das gegenüberliegende Ende der Stützhülse liegt entweder direkt an der Kontaktfläche des ersten Teilstücks an, oder an einem

weiteren Zwischenstück, das mit der Kontaktfläche des ersten Teilstücks in Wirk- verbindung steht. Die Kontaktfläche ist entweder an die Form der mit ihr in Kon- takt stehenden Stützhülsenfläche oder an die des weiteren Zwischenstücks ange- passt. Daher ist ein weiterer Vorteil bei Einsatz einer Zwischenhülse darin zu se- hen. dass es nicht erforderlich ist, die Kontaktfläche an die Form der Auflageflä- che anzupassen. Denn eine derartige Anpassung beinhaltet eine Ausbildung als Innenkonus, was zum einen höheren Fertigungsaufwand mit sich bringt und zum anderen eine mechanische Schwachstelle erzeugt, insbesondere, wenn der In- nenkonus spitz ausläuft, sich also bis an die Zylindermantelfläche des ersten Teil- stücks erstreckt. Es ist einfacher, eine kleine Stützhülse mit Innenkonus zu verse- hen und zudem ist der Austausch im Fall einer Beschädigung einfacher und preiswerter als der Ersatz oder die Reparatur eines Teilstücks.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Tragstange unter Einsatz einer Stütz- hülse ist die Kontaktfläche als stirnseitige Planfläche ausgebildet.

Dabei ist der an der Kontaktfläche anliegende Bereich der Stützhülse ebenfalls als Planfläche ausgebildet. Die Herstellung stirnseitiger Planflächen gestaltet sich besonders einfach. Außerdem bilden sich bei axialer Zug-und Druckbelastung lediglich axial, also parallel zur Schichtebene verlaufende Kraftkomponenten, die keine"Spaltwirkung"hervorrufen.

In einer anderen, jedoch gleichermaßen bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktfläche als Außenkonus ausgebildet.

Bei dieser Ausführungsform ist die Stützhülse (bzw. ein weiteres Zwischenstück) mit einem an das erste Teilstück und mit einem an das zweite Tragstange ange- passten versehen, was zu einer Zentrierung der beiden miteinander verbundenen Teilstücke beiträgt.

Auch bei dem am ersten Teilstück ausgebildeten Außenkonus hat sich als vorteil- haft erweisen, wenn dieser eine Flächennormale aufweist, die mit der Längsachse einen Winkel im Bereich zwischen 30 und 60 Grad, vorzugsweise um 45 Grad, einschließt.

Hinsichtlich der Vorteile und Wirkungen wird auf die obigen Erläuterungen zum "Konuswinkel"beim zweiten Teilstück verwiesen.

Vorzugsweise ist die Stützhülse aus einem Rohr aus gewickeltem faserverstärk- tem Kohlenstoff hergestellt.

Dieses Material ist insbesondere zur Aufnahme der radial auf die Stützhülse ein- wirkenden Druckspannungen besonders gut geeignet.

Die erfindungsgemäße Tragstange besteht aus faserverstärktem Kohlenstoff, ins- besondere aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff. Dieser Werkstoff weist her- stellungsbedingt eine Schichtstruktur auf, wobei sich Schichten aus kreuzförmig angeordneten Fasern (Fasermatrix) und Schichten aus Grafit abwechseln. In Richtung der beiden Achsen der Fasermatrix zeichnet sich der Werkstoff durch hohe Zugfestigkeit aus, wohingegen die Grafitschichten eine geringe Festigkeit aufweisen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Tragstange weist daher jedes Teilstück eine Schichtstruktur aus einer sich wiederholenden Abfolge von Faser-und Grafitschichten auf, wobei jede Schicht in einer sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Schichtebene verläuft, und wobei die benachbar- ten Teilstücke derart zueinander angeordnet sind, dass die jeweiligen Schichtebe- nen einen Winkel im Bereich zwischen 0° und 10° einschließen.

Hierbei sind die Teilstücke der Tragstange so miteinander verbunden, dass die in Richtung der Längsachse verlaufende Schichtstruktur in dieser Richtung idealer- weise durchgehend ist. Dadurch wird gewährleistet, dass in axialer Richtung wir- kende Zugkräfte über die gesamte Länge der Tragstange im Wesentlichen von den zugfesten Fasermatrix-Schichten aufgenommen werden können. Geringe Winkelabweichungen bis zu 10° haben sich als wenige schädlich erwiesen. Bei größeren Winkelabweichungen werden Zugkräfte jedoch zu einem großen Anteil über die Grafitschichten übertragen, so dass es zum Abscheren der tragenden Gewindebereiche und damit zum Trennen der Tragstangen-Teilstücke kommen kann.

Bei dem Außengewinde ergibt sich eine weitere Verbesserung dadurch, dass es mindestens einseitig eine in Richtung der Längsachse und parallel zur Schich- tebene verlaufende Flachseite aufweist.

Ein Grund für diese Maßnahme liegt darin, dass es bei der Bearbeitung des Au- ßengewindes vorkommt, dass kleine Gewindebereiche im Bereich der Grafit- schichten ausbrechen, da die mechanische Stabilität dieser Schichten gering ist.

Teilweise brechen diese Bereiche auch bei dem Zusammenschrauben der Teil- stücke aus. Dies erschwert die Montagearbeiten, da die abgesplitterten Frag- mente hinderlich sind. Bei der erfindungsgemäßen Modifizierung werden daher die über den Gewindegrund überstehenden Gewindebereiche abgetragen, indem das Außengewinde mit einer Flachseite versehen wird, die bis an den Gewinde- grund reicht. Die Ebene der Flachseite verläuft dabei parallel zur Schichtebene.

Die Flachseite ist einseitig ausgebildet, vorzugsweise aber zweiseitig, also auch auf der der ersten Flachseite gegenüberliegenden Seite des Rundgewindes.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trag- stange ist das erste Teilstück mit einem Zapfen ausgebildet, der in eine Innenboh- rung des zweiten Teilstücks hineinragt, wobei eine Teillänge der Innenbohrung als zylindermantelförmige Führungshülse, und eine Teillänge des Zapfens als zylin- dermantelförmiger, an der Führungshülse anliegender Zentrierbolzen ausgebildet ist.

Bei dieser Ausführungsform der Schraubverbindung ist zusätzlich zu der eigentli- chen Verschraubung, die durch ein Innengewinde und ein darin eingreifendes Au- ßengewinde bewerkstelligt wird, eine radiale mechanische Führung und Zentrie- rung der Teilstücke vorgesehen. Hierzu ist im Bereich einer Innenbohrung, in der das Innengewinde ausgebildet ist, zusätzlich ein Bereich vorgesehen, der als zy- lindermantelförmige"Führungshülse"ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Zapfen vor- gesehen, an dem nicht nur das mit dem Innengewinde korrespondierende Au- ßengewinde vorgesehen ist, sondern auch ein zylindermantelförmiger Bereich, der hier als"Zentrierbolzen"bezeichnet wird und der mit seiner Mantelfläche in der Führungshülse anliegt. Zentrierbolzen und Führungshülse sind präzise gearbeitet,

so dass sie zur Zentrierung und Fixierung der Teilstücke zueinander gewährlei- sten Dadurch kann die Gewindeverbindung, vorzugsweise das Rundgewinde, in einer groben Spielpassung ausgeführt sein, die einerseits das Zusammenfügen der Teilstücke erleichtert und die andererseits die Gefahr verringert, dass unzu- lässig hohe Biegekräfte auf das Gewinde einwirken.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Halterung eine erfindungsgemäße Tragstange eingesetzt wird.

Die erfindungsgemäße Tragstange ist im Hinblick auf ihre Bruchsicherheit opti- miert. Durch ihren Einsatz zum Halten eines Si02-Hohlzylinders im Rahmen der Herstellung desselben, wird somit eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung im einzelnen : Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragstange in ei- nem Längsschnitt, Figur 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragstange mit einer Schraubverbindung unter Einsatz einer Stützhülse in einem Längsschnitt, Figur 3 ein typisches Teilstück einer erfindungsgemäßen Tragstange in einem Längsschnitt, Figur 4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragstange mit einer gegenüber der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform abge- wandelten Stützhülse, und Figur 5 einen Gewindebolzen mit einem Rundgewinde und beidseitigen Flach- seiten in einer Draufsicht.

In Figur 1 ist ein aus zwei Endstäben 1 und einem Mittelstab 5 zusammengefügte Tragstange aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff dargestellt. Derartiger car- bonfaserverstärkter Kohlenstoff der SGL Carbon Group ist unter Bezeichnung "SIGRABOND"im Handel erhältlich.

Die Endstäbe 1 und der Mittelstab 5 haben jeweils eine Länge von ca. 1 m und einen Außendurchmesser von 30 mm. Die Tragstange wird entsprechend der in der EP 0 701 975 A2 beschriebenen Art und Weise für die Halterung von Soot- körpern eingesetzt.

Die beiden Endstäbe 1 weisen an dem einen Ende jeweils ein spezielles Außen- gewinde 2 auf, an dem weitere Halterungsteile angeschraubt werden können. Am anderen Ende jedes Endstabs 1 ist ein Bolzengewinde 3 ausgearbeitet, das als Rundgewinde ähnlich DIN 405 ausgeführt ist. Das verwendete Rundgewinde hat einen Flankenwinkel von ca. 25°. Durch die Ausrundung des Gewindegrundes 4 werden bei Zugbelastung Spannungsspitzen reduziert. Das Bolzengewinde 3 ist in einer groben Spielpassung in Bezug auf das im Mittelstab 5 ausgebildete Innen- gewinde ausgebildet ; es hat einen Durchmesser von 20 mm und eine Länge von ca. 60 mm.

Die Zentrierung von Endstab 1 und Mittelstab 5 zueinander erfolgt über einen Zentrierzapfen 6, welcher in einer präzise gearbeiteten Bohrung 7 im Mittelstab 5 ruht. Der Zentrierzapfen 6 ist ca. 40 mm lang. Um die Führung und Zentrierung des Zentrierzapfens 6 in der Bohrung 7 zu gewährleisten, ist der Durchmesser des Zentrierzapfens 6 geringfügig größer als der Durchmesser des Bolzengewin- des 3.

Der Endstab 1 ist mit einem kegelförmigen, umlaufenden Außenkragen 8 verse- hen, wobei das größere, glockenförmige Ende 9 des Außenkragens 8 in Richtung auf den Zentrierzapfen 6 zeigt. Als Gegenstück zu dem Außenkragen 8 ist am Mittelstab 5 eine stirnseitig umlaufende Außenkonusfläche 10 gleicher Breite (et- wa 5 mm) vorgesehen.

Der Kegelwinkel von Außenkragen 8 und Außenkonusfläche 10 in Bezug auf die Längsachse 17 beträgt jeweils 45°. Beim Zusammenschrauben von Endstab 1 und Mittelstab 5 umgreift der kegelförmige Außenkragen 8 die entsprechend ke- gelförmig ausgebildete Außenkonusfläche 10 am Ende der Bohrung 7. Es ent- steht ein Formschluss zwischen dem kegelförmigen Außenkragen 8 und der Au- ßenkonusfläche 10, wobei der kegelförmige Außenkragen 8 die Außenkonusflä- che 10 mit einer in radialer Richtung nach innen wirkenden Kraftkomponente so zusammenpresst, dass ein Aufspalten im Bereich der festigkeitsreduzierten Gra- fitschichten vermieden wird. Darüber hinaus erleichtert und verbessert der kegel- förmige Außenkragen 8 in Verbindung mit der Außenkonusfläche 10 die Zentrie- rung der Teilstücke 1,5 zueinander.

Die eigentliche radiale Führung und Zentrierung der Stäbe (1,5) zueinander er- folgt durch die präzise bearbeitete Bohrung 7 und den daran angepassten Zen- trierzapfen 6. Da hier kein Gewinde vorgesehen ist, entfällt die mit dem Gewinde einhergehende Gefahr einer Spaltung entlang der Grafitschichten. Die Länge des Zentrierzapfens 6 beträgt ca. 40 cm. Das Bolzengewinde 3 hat einen Durchmes- ser von 20 mm und eine Länge von ca. 60 mm.

Sofern in den nachfolgenden Figuren 2 bis 5 die gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 verwendet sind, so werden damit gleiche oder äquivalente Bauteile bzw.

Bestandteile der Tragstange nach Figur 1 bezeichnet. Auf die entsprechenden Erläuterungen zu der Figur 1 wird hingewiesen.

Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trag- stange aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff erfolgt die Verbindung zwischen einem Mittelstab 5 und einem Endstab 1 unter Einsatz eines Zwischenstücks in Form einer kegelförmigen Stützhülse 13.

Das dem Endstab zugewandte Ende des Mittelstabes 5 hat hierbei die gleiche Form wie bei der Ausführungsform der Tragstange nach Figur 1. Der Endstab 1 weist jedoch einen umlaufenden Kragen 12 in Form eines Kegelmantels auf. Zwi- schen dem Endstab 1 und dem Mittelstab 5 wird die Stützhülse 13 auf den Zen-

trierzapfen 6 aufgeschoben. Die Stützhülse 13 trägt an beiden Stirnseiten einen Konus 14, welcher im verschraubten Zustand der Teilstäbe (1,5) sowohl die Au- ßenkonusfläche 10 des Mittelstabs 5, als auch den umlaufenden Kragen 12 des Endstabs 1 umgreift und auf die Außenkonusfläche 10 und den umlaufenden Kragen 12 eine in Richtung der Längsachse 17 wirkende Kraft ausübt. Die Stärke der Stützhülse 13 ist so gewählt, dass sie mit der Zylindermantelfläche der beiden Teilstäbe (1,5) bündig abschließt.

Die Stützhülse 13 wird für diese Anwendung aus"gewickeltem"CFC-Rohr herge- stellt. Dieses Material ist für die bei dieser Konstruktion entstehenden radialen Druckspannungen besonders gut geeignet.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines typischen Mittelstabes 5 für die in Figur 2 dargestellte Tragstange 1, bei welcher benachbarte Teilstäbe (1 ; 5) unter Ein- satz einer Stützhülse 13 miteinander verbunden sind. Der Teilstab 5 weist ein oberes Ende auf, das mit einer Gewindebohrung 7 versehen ist und ein unteres Ende, das als Gewindezapfen 6 ausgebildet ist. Der obere Rand der Gewindeboh- rung 7 ist als außenkonusförmige Auflagefläche 10 für eine kegelförmige Stütz- hülse (siehe Figur 2) ausgebildet.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragstange, wobei in Abwandlung gegenüber den Figuren 2 und 3 die Form der Stützhülse 13 verändert ist, und zwar derart, dass die Kontaktfläche zu dem Endstab 1 nicht, wie in Figur 2, in Form eines Konus, sondern als plane Kontaktfläche mit einer in Richtung der Längsachse 17 verlaufenden Flächennormalen ausgebildet ist, die mit einem entsprechend planen, umlaufenden Bund 11 des Endstabs 1 korre- spondiert.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Rundgewinde in Form der Bolzengewinde 3 und Innengewinde aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff haben jeweils einen Flankenwinkel um 25°. Bei der Bearbeitung eines Bolzengewindes oder beim Ein- schrauben kann es vorkommen, dass kleine Gewindeteile aus dem Bereich der Grafitschichten herausbrechen. Um dies zu verhindern, werden die Bolzengewin-

de 3 beidseitig mit Flachseiten versehen, wie dies in der Draufsicht auf das Rund- gewinde in Figur 5 schematisch gezeigt ist.

Der Verlauf der Schichten innerhalb des Bolzengewindes 3 ist hierbei durch die gestrichelten Linien 15 (Schichtebenen 15), und der Gewindegrund 4 durch einen Kreis symbolisiert. Aus der nicht maßstäblichen Darstellung ist zu erkennen, dass im Bereich der Flachseiten 16 die über den Gewindegrund 4 hinausragenden Schichten entfernt sind. Die Flachseiten 16 sind hierzu derart ausgebildet, dass sie parallel zu den Schichtebenen 15 verlaufen und bis an den Gewindegrund 4 herangeführt sind. Diese Maßnahme hat nur einen geringen Einfluss auf die Tragfähigkeit des Bolzengewindes 3.