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Verfahren und Anordnung zum kittlosen Verbinden von Rundkörpern.
Beim Bau von Hochspannungsgeräten, namentlich elektrischen Leistungsschaltern, sind häufig rohrförmige Isolierteile, insbesondere solche aus Faserstoff oder aus keramischem Werkstoff, mit
Flanschen oder Deckeln zu verbinden. Dabei muss die Verbindungsstelle gute mechanische Festigkeitseigenschaften besitzen. Vor allem bei Schaltkammern von Leistungsschaltern muss sie hohen Drücken vom Innern der Schaltkammer her gewachsen sein und starke stossweise Beanspruchungen auf Schub in Achsrichtung der Rundkörper aushalten, ohne dass die Verbindung sich lockert.
Man hat bisher im allgemeinen derartige Rundkörper dadurch miteinander verbunden, dass man den Isolator mit seinen Enden beispielsweise genau zentrisch in einen Flansch stellte, der den
Isolator mit verhältnismässig grossem Spiel umgab und danach den Zwischenraum zwischen den beiden Rundkörpern mit einer Kittmasse ausfüllte. Dabei versah man, um einen möglichst guten Halt des Verbindungsmittels an den zu verbindenden Teilen zu bekommen, die dem Verbindungsmittel benach- barten Wandungen der Rundkörper mit Vertiefungen. Auf diese Weise lässt sich jedoch nicht ohne weiteres die erforderliche Festigkeit der Verbindungsstelle erzielen.
Um die Festigkeit derartiger Verbindungen noch zu erhöhen, ist man dazu übergegangen, an Stelle von Kitt als Verbindungsmittel eine Metallegierung zu verwenden, mit der die Zwischenräume zwischen den genau zentrisch ineinandergestellten Teilen ausgegossen wurden. Bei diesem Verfahren ist jedoch eine verhältnismässig grosse Menge an flüssigem Metall erforderlich. Der Isolator wird deshalb infolge der starken örtlichen Erhitzung sehr leicht in Mitleidenschaft gezogen. Diese Gefahr wird um so grösser, je fester die Verbindung sein soll, da die Metalle mit hoher Festigkeit im allgemeinen einen verhältnismässig hohen Schmelzpunkt besitzen und bei der für die bekannte Verbindungsweise erforderlichen grossen Metallmenge nur langsam abkühlen.
Für die Verwendung bei Faserstoffisolierkörpern ist eine solche Verbindungsweise überhaupt nicht brauchbar, da solche Stoffe beim Vergiessen in der bisher üblichen Art mit Metall von hoher Festigkeit und hohem Schmelzpunkt verkohlen, so dass sich ihre Verbindung mit dem erstarrenden Metall in gefährlichem Masse lockert.
Diese Nachteile lassen sich gemäss der Erfindung vermeiden, die darin besteht, dass die zu verbindenden Rundkörper an ihren genau oder mit geringem Spiel aufeinanderpassenden Grenzflächen mit sich gegenseitig zu Kanälen ergänzenden schmalen Rillen versehen, einfach zusammengesteckt und danach durch Einbringen einer im flüssigen oder plastischen Zustand befindlichen, beim Erkalten erhärtenden Masse, insbesondere einer Metallegierung, beispielsweise Zink oder einer Zinklegierung in die Kanäle aneinander befestigt werden. Dadurch, dass die zu verbindenden Teile verhältnismässig genau ineinanderpassen, während die Menge des gegebenenfalls weicheren Verbindungsmittels nur gering ist, lässt sich eine wesentliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Verbindung erzielen ; insbesondere kann sich bei stossweiser Beanspruchung eine solche Verbindung nicht lockern.
Zugleich wird aber auch nur eine sehr geringe und deshalb rasch abkühlende Menge an Verbindungsmittel benötigt, so dass die Gefahr des Verkohlens von Faserstoffen bzw. des Zerspringens von keramischen Körpern sich trotz hoher Temperatur des eingebrachten Verbindungsmittels bei diesem Verfahren praktisch ausschalten lässt. Ausserdem ist aber eine solche Verbindung infolge der Selbstzentrierung der Teile auch erheblich einfacher, rascher und billiger herzustellen als die bekannten Verbindungen von Rundkörpern.
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Einige Anwendungsbeipiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt. Fig. 1 zeigt die Verbindung eines Isolierrohres 1 mit einem Deckelflamch 2. Beide zu verbindenden Teile sind mit Rillen 3, 4 versehen, die zusammen zwischen den ineinandergesteckten Teilen 1, 2 einen Ringkanal von etwa quadratischem Querschnitt bilden. Dieser Ringkanal 3, 4 ist mit einer Metallegierung 5 ausgefüllt, die durch eine Öffnung 6 hindurch eingebracht ist. Wie ersichtlich, genügt eine verhnitni- mässig kleine Metallmenge, um die beiden Rundkörper sicher und fest miteinander zu vei binden.
Eine besonders gute Abdichtung Itsst sich durch Einfügung eines Dichtungsringes 7 aus Gummi od. dgl. zwischen dem Ende des Rohres 1 und dem Deckelflansch 2 erreichen.
Eine andere Anwendungsmöglichkeit einer Verbindung gemäss der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist in das innere Ende eines Isolierrohres 1 ein Rundkörper 8 eingesetzt. Der Kanal-
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Die zum Einbringen des Verbindungsmetalles in die Kanäle 3, 4 vorgesehenen Öffnungen 6 liegen zweckmässig seitlich vom Kanal, so dass sie auf den Aussenmantel des äusseren Rundkörpers münden. Sie können radial oder auch, was für viele Fälle besonders zweckmässig M, tangential zu dem kreisringförmig verlaufenden Kanal, in den das verbindende Metall eingeführt werden soll, angeordnet sein.
Ein besonderer Vorteil der Verbindungsweise nach der Erfindung liegt auch darin, dass die
Rillen in den zu verbindenden Teilen sich nach dem Indnanderstecken der Teile nicht gegenseitig genau zu decken brauchen. Die Rillen können auch gegeneinander versetzt sein.
Die Form des Querschnittes der Kanäle kann natürlich auch anders, als es bei den in den Abbildungen dargestellten Beispielen gezeigt ist, gewählt werden, z. B. kreisrund oder oval. Durch
Kanalquerschnitte, die mehr hoch als breit sind, ist eine besonders hohe Widerstandofähigkeit der
Verbindung gegen Abscheren erzielbar. Ferner ist die Wahl eines hohen, schmalen Querschnittes auch mit Rücksicht auf einen besonders sparsamen Verbrauch an Metall und besonders günstige Ab- kühlungsverhältnisse zu empfehlen.
Eine besonders hohe Festigkeit der Verbindung lässt sich dadurch erzielen, dass. wie es beispielsweise Fig. 3 zeigt, der Kanalquersehnitt rechteckig gewählt und der Kanal so angeordnet wird, dass die Fuge zwischen den zu verbindenden Teilen die Verlängerung der Diagonale des Rechteckquerschnittes ausserhalb des Rechtecks bildet. Die Schubbeanspruchung der Verbindungsstelle wird dann durch den den Kanal ausfüllenden Metallkörper besonders günstig aufgenommen.
Zweckmässig werden an den zu verbindenden Teilen Massnahmen zum Schutz gegen Verdrehung getroffen, indem Unregelmässigkeiten in den vom Metall auszufüllenden Kanälen, z. B. axiale Nuten, Kerben od. dgl., vorgesehen werden.
Die Gefährdung insbesondere von Faserstoffkörpern durch die Erhitzungseinflüsse eines durch Giessen einzubringenden Metalles kann auch noch dadurch vermindert werden, dass als Verbindungmittel eine Zinn, Blei, Wismut nnd/oder Antimon enthaltende Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird. Derartige Legierungen haben ihre Schmelzpunkte nicht über etwa 2000 C ; trotzdem sind ihre Festigkeitseigenchaften für die Anwendung bei einer Verbindung von Rundkörpern nach der Erfindung vollkommen ausreichend.
Als ganz besonders günstige Möglichkeit zum Einbringen des Metalles in die Kanäle hat sich das Einbringen im Spritzgussverfahren erwiesen. Hiebei dringt das Verbindungsmittel auch in die schmalsten Kanäle überallhin ein. Die Kanalquerschnitte können dann besonders eng gewählt werden, so däss sich das Metall sehr rasch abkühlt und die Isolierteile nicht gefährdet werden.
Auch das Einpressen des Metalles im knetbaren Zustand hat grosse Vorzüge. Hiebei braucht die Metallegierung überhaupt nicht bis auf ihren Schmelzpunkt erhitzt zu werden.
Durch das Einbringen des Metalles im Spritzverfahren oder Einpressen im knetbaren Zustand wird es ermöglicht, auch Metalle mit höherem Schmelzpunkt zu verwenden, ohne dass ein mit ihnen in Berührung kommender Isolierkörper beschädigt wird. Dies ist ein besonders wichtiger Vorteil, da unter den Metallen bzw. Metallegierungen mit höherem Schmelzpunkt die Auswahl an Metallen bzw. Metallegierungen mit geeigneter Festigkeit leichter zu treffen ist.
Die Verwendung von Zink und Zinklegierungen hat sich als für das Verfahren besonders vorteilhaft erwiesen. Zink und Zinklegierungen haben zwar einen verhältnismässig hohen Schmelzpunkt, füllen aber infolge ihrer Dünnflüssigkeit im geschmolzenen bzw. ihrer Weichheit im knetbaren Zustande auch verhältnismässig schmale Querschnitte sehr gut aus und kühlen sehr rai eh ab. Ihre
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geeignet.
Die Vorschläge der Erfindung sind abgesehen von den genannten Anwendungsfällen auch sonst überall da mit Vorteil anwendbar, wo Rundkörper, z. B. aus isolierendem Faserstoff, Metall, Isolerpressstoff, Holz oder keramischem Werkstoff, miteinander verbunden werden sollen, ungeachtet dessen, aus welchem dieser Stoffe die beiden Rundkörper bestehen und ob sie aus dem gleichen oder aus ungleichen Stoffen bestehen. Sie lassen sich ausserdem ebenso wie bei Rundkörpern kreisrunden Querschnittes auch bei solchen von ovalem Querschnitt und bei prismatischen Körpern anwenden.
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Nach der weiteren Erfindung kann als Verbindungsmittel an Stelle bebpi I-, weise einer Metall- legiprung eine thermoplastische, nicht metallische Masse angewendet werden. Besonders geeignet sind hiefür Kunstharz und kunstharzähnliche Stoffe, wie Polystyrol, Polyakrylsäureester, Phenyl- säureester und ähnliche Kunststoffe. Eine besonders feste Verbindung kann durch die Anwendung von Polystyrol erreicht werden. Die thermoplastr chen Massen können ebenso wie Metallegierungen in die Rillen bzw. Kanäle eingespritzt werden, wobei die Massen verhältnismässig dünnflüssig sind und im Vergleich zum Metall auch niedrigere Schmelzpunkte haben, wodurch ein einfacher Spritz- bzw.
Giessvorgang ohne jede Beschädigung von Faserstoffkörpern oder keramischen Körpern - unter
Umständen auch ohne Anwärmung der Gegenstände-ermöglicht wird.
Es ist hiebei ohne Schwierigkeit die Möglichkeit gegeben, durch entsprechende Wahl der Querschnitte der Rillen bzw. Kanäle unter Berücksichtigung der spezifischen Belastbarkeit des angewendeten Materials die erforderliche Festigkeit zu erhalten. Auch hat man es in der Hand, in Fällen, in denen eine gewisse Elastizität der Verbindung erwünscht ist, geeignete Sorten von derartigen Kunststoffen anzuwenden, wobei insbesondere Polyakrylsäureester, der sowohl weichgummiartig wie auch hart- gummiartig oder glashart erhältlich ist, in einer entsprechenden Sorte gewählt werden kann. Mit besonderem Vorteil kann auch Polyvinyl-Karbazol als Verbindungsmittel angewendet werden.
In vielen Fällen kann es zweckmässig sein, die thermoplastischen Massen mit einem Zusatz von Quarzsand oder Metallpulver zur Anwendung zu bringen.
Ein besonderer Vorteil einer solchen neuen Verbindungsart besteht auch darin, dass zu ihrer Herstellung besonders kleine Geräte bzw. Armaturen und Einrichtungen erforderlich bind. Gegenüber Metall als Verbindungsmittel fällt bei Anwendung auf dem Gebiet der Elektrotechnik häufig die isolierende Eigenschaft der thermoplastischen Massen wesentlich ins Gewicht.
Es ist möglich, die Befestigung in den verschiedenen, an Hand der Abbildungen erläuterten Formen auszuführen, wobei gegebenenfalls mit Rücksicht auf die etwa geringere Festigkeit der verwendeten Massen bei hoch beanspruchten Verbindungen grössere Querschnitte oder auch mehrere entsprechende Rillen angewendet werden können. Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann z. B. auch in allen übrigen weiter oben angeführten Anwendungsfällen von grossem Vorteil sein.
Insbesondere eignen sich die angegebenen Verfahren bzw. Anordnungen sehr gut für die Herstellung der Verbindung zwischen Isolierrohren und Flanschen oder mit Flansch versehenen Deckeln beim Bau von SGhaltkammern für Expansionsschalter und andern Hochleistungsschaltern.
Nach der weiteren Erfindung können die Bauteile einer Schaltkammer mittels eines solchen Verfahrens in der Weise miteinander verbunden werden, dass der Flansch auf die Innenseite des Isolierrohres zu liegen kommt. Dadurch wird es möglich, den äusseren Durchmesser der Flansche bzw. den grössten äusseren Durchmesser der Kammer überhaupt gegenüber Kammern mit auf der Aussenseite des Rohres angeordneten Flanschen bei gleichbleibendem Rauminhalt zu verringern. Dies ist von besonders grosser Bedeutung, wenn die Flanschteile aus Metall bestehen. In diesem Falle ermöglicht die Erfindung eine Verkleinerung der Abstände der Schaltkammer von benachbarten Schalterpolen oder sonstigen spannungsführenden Teilen und damit eine beträchtliche Raumersparnis.
Bei den bisher bekanntgewordenen Bauformen für Schaltkammern ordnete man die Flansche als Bewehrung auf der Aussenseite der Lolierrohre an und verwendete Kittmassen, z. B. Bleiglätte, als Verbindungsmittel. Eine Anordnung des Flansches auf der Innenseite des Isolierrohres, das regelmässig von geringerer Festigkeit ist als der Flansch, konnte hiebei nicht in Betracht kommen, da zu erwarten war, dass Kittmassen der verwendeten Art mit der Zeit infolge von Feuchtigkcitf : aufnahme und sonstigen Einflüssen stark treiben und daher das Isolierrohr durch Druck nach aussen, wenn nicht zersprengen, so doch verformen könnten.
Dieser Nachteil ist nach der Erkenntnis der Erfindung bei Anwendung des neuen Verfahrens ausgeschaltet, denn der in fliessfähigem Zustande eingebrachte Ring, der das Isolierrohr mit dem Flansch verbindet, kann aus einem Stoff bestehen, wie Metall, der nicht wie Kitt treibt, sondern nach dem Erstarren seine Form dauernd im wesentlichen beibehält.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. 11 ist das Isolierrohr, das die Aussenwandung einer im wesentlichen zylindrischen Schaltkammer bildet. Es ist an seinem unteren Ende mit einer 11Ìt Flansch 12 versehenen sogenannten Dampfkammer 13, an seinem oberen Ende mit einem Flansch- ; 14 verbunden. Die inneren Enden der Flanschteile reichen in das I, olierrohr hinein. Sie sind an hren aneinanderliegenden Grenzflächen mit Rillen versehen, die sich gegenseitig zu verhältnismässig ichmalen rechteckigen Kanälen 15, 16 ergänzen.
Diese'Kanäle sind durch ein in flüssigem oder elastischem Zustand eingebrachtes, beim Erkalten erhärtendes Mittel, insbesondere einer Metallegierung ausgefüllt, so dass die angeflanschten Teile mit dem Rohr fest und unlösbar miteinander verenden sind. Dr Flansch 12 der Dampf kammer ist zum Schutz gegen Überschläge des Lichtbogens jeim Schalten gegen das Innere der Schaltkamemer durch ein Isolierteil17 abgedeckt, das gleichzeitig nit zur Lagerung elastischer Elemente, beispielsweise in Form von Gummiringen 18, 19 dient.
Hiebei ibernehmen die elastischen Elemente die Abdichtung und elektrische Isolierung der Verbindungsstelle. ausserdem können sie zum Ausgleich des Schwindens des in fliessfähigem Zustand eingebrachten Ver- ) indungsmittels dienen, so dass eine Lockerung der Verbindungsstelle nach Erkalten dieses Mittels
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verhindert ist. Es ist daher zweckmässig, die elastischen Beilagen mindestens um soviel vorzuspannen, a ! s das Schwindmass, in der Höhe des die beiden Rundkörper verbindenden Ringes gerechnet, beträgt.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass der äussere Durchmesser der spannungsführenden Teile 12, 13 und 14 beim Gegenstand der Erfindung wesentlich kleiner gehalten werden kann, als wenn die der Schaltkammer zugekehrten Enden der Flansche 12, 14 bei gleichem Rauminhalt der Schaltkammer auf der Aussenseite des Rohres 11 angeordnet wären.
Es wurde gefunden, dass es durch die erfindungsgemässe Verlegung der Flanschteile von der Aussenseite auf die Innenseite des Isolierrohres bei Anwendung eines der neuen Verfahren trotz einer Steigerung der Nennschaltleistung des Schalters von 100 auf 200 MVA und der dadurch bedingten Vergrösserung des Rauminhaltes der Schaltkammer möglich ist, mit den gleichen äusseren Abmessungen der spannungsfiihrenden Teile an der Schaltkammer auszukommen, wie sie sich bei einer Schaltkammer mit aussen angeordneten Flanschteilen bei einer Schaltleistung von 100 MVA ergeben.
es können also auch bei mehrpoligen Schaltern mit entsprechend gesteigel ter Schaltlebtung dieselben
Gesamtabmessungen beibehalten werden, ohne dass zusätzliche Isoliertrennwiinde zwischen den einzelnen
Schalterpolen eingebaut werden müssten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum kittlosen Verbinden von Rundkörpern, insbesondere rohrförmigen Teilen mit Flanschen und Deckeln bei elektrischen Hochspannungsgeniten, wobei, wie an sich bekannt, die zu verbindenden Teile, die an ihren aufeinanderliegenden Grenzflächen mit sich gegenseitig zu Kanälen für Aufnahme von Verbindungsmitteln ergänzenden Rillen versehen sind, ineinandergesteckt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch Einbringen eines im flüssigen oder plastischen Zustand befindlichen, beim Erkalten erhärtenden Mittels in die Kanäle bewirkt wird.