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Isolierendes Halteglied
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein isolierendes Halteglied zwischen spannungführenden
Bauteilen in einer ionisierten Gasatmosphäre, welches mit engen Schutzspalten vor den gefährdeten Be- rührungsstellen Metall/Isolierstoff versehen ist.
Bekanntlich bieten alle aus spannung führenden Metallteilen und Isolierkörpern bestehenden Bauele- mente, die innerhalb einer ionisierten Gasatmosphäre in einem Entladungsgefäss angeordnet sind, insofer- ne beträchtliche Schwierigkeiten, als an den Berührungsstellen zwischen Metall- und Isolierkörpern durch den Angriff elektrischer Entladungen binnen kurzer Zeit Zerstörungen auftreten. Es ist aus diesem Grunde üblich, bei derartigen Bauteilen den gefährdeten Berührungsstellen Metall/Isolierstoff einen engen, von metallischen Wandungen begrenzten Schutzspalt vorzuschalten, der das Eindringen elektrischer Entladun- gen, insbesondere von Glimmentladungen, so stark behindert, dass beim normalen. Betriebs-Gasdruck innerhalb des Entladungsgefässes die betreffende Berührungsstelle vor Entladungen geschützt ist.
Hiezu werden diese Schutzspalten derart eng bemessen, dass ein an der kathodisches Potential führenden Wandung des Schutzspaltes ausgelöstes Elektron auf seinem Wege von dieser kathodisches Potential führenden Wandung des Schutzspaltes zu der anodisches Potential führenden Wandung nicht so viele Ionen erzeugen kann, als im Mittel zur Auslösung eines neuen Elektrons an der kathodisches Potential führenden Wandung notwendig ist. Infolgedessen kann die Zahl der an der kathodisches Potential führenden Wandung erzeugten Elektronen nicht anwachsen, so dass sich keine selbständige Glimmentladung innerhalb der Schutzspalte ausbilden kann.
Derartige Vorsichtsmassnahmen müssen insbesondere bei Entladungsgefässen berücksichtigt werden, welche für Prozesse unter Verwendung stromstarker Glimmentladungen bestimmt sind. Insbesondere ist in solchen Fällen die Stromeinführung durch die metallischen Wandungen solcher Entladungsgefässe hindurch nach den obengenannten Gesichtspunkten auszugestalten, da andernfalls ein störungsfreier und sicherer Betrieb derartiger Entladungsprozesse nicht gewährleistet werden kann.
Bei den bisher bekannten Ausführungsformen von isolierenden Haltegliedern, insbesondere Stromen- führungen, waren diese Schutzspalten jedoch grundsätzlich zylindrisch oder kegelmantelförmig ausgebildet oder wiesen zumindestens auf Teilen ihrer gesamten Länge eine zylindrische oder kegelmantelförmige Gestalt auf.
Die bekannten Ausführungsformen haben nun auf Grund dieser Gestaltung der Schutzspalte den Nachteil, dass bei der Herstellung derselben eine sehr grosse Präzision erforderlich ist, weil einerseits die Breite solcher Schutzspalten im allgemeinen im Bereich von nur 0,3 bis 0, 6 mm liegt und anderseits die Spaltbreite längs der gesamten Ausdehnung der Schutzspalte den gleichen Wert besitzen muss. Es müssen daher sehr hohe Toleranzforderungen eingehalten werden, wodurch die Herstellungskosten ganz beträchtlich erhöht werden. Zur Vermeidung dieser hohen Herstellungskosten ist bereits vorgeschlagen worden, Mittel zur einjustierbaren Zentrierung der beiden Körper, die die Aussen- und die Innenwand eines Ringspaltes bilden, vorzusehen. Die dadurch erzielbare Verbesserung war zwar beachtlich, jedoch noch nicht völlig befriedigend.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe war daher die Schaffung eines isolierenden Haltegliedes, bei dem derart hohe Anforderungen an mechanischer Präzision und exakter Montage vermieden werden und bei dem anderseits ebenfalls den gefährdeten Berührungsstellen Metall/Isoliefstoff jeweils ein enger
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Schutzspalt vorgeschaltet ist.
Ein solches Verbindungsglied zur mechanischen Halterung und elektrischen Isolation von in einem
Glimmentladungsgefäss angeordneten spannungführenden Bauteilen, bei dem räumlich zwischen dem Entladungsraum und dem zur Isolierung der spannung führenden Bauteile vorgesehenen Isoliermaterial gelege- ne, beiderseits mit metallischen Wandungen begrenzte Schutzspalte vorgesehen sind, deren Spaltbreite derart eng bemessen ist, dass sich in dem Spalt keine Glimmentladung ausbilden kann und die daher das
Isoliermaterial gegen die Einwirkung einer Glimmentladung schützen, ist erfindungsgemäss so aufgebaut, dass alle zum Schutz des Isoliermaterials dienenden Schutzspalte als Flachspalte zwischen ebenen Metall- flächen ausgebildet sind, die unter Zwischenlage von ebenfalls durch die Schutzspalte geschützten ebenen
Isolierkörpern aufeinandergepresst sind.
Ein derartiges Verbindungsglied wird vorzugsweise zur Halterung eines spannungführenden, längs der Bohrung eines metallischen Hohlkörpers sich erstreckenden Innenleiters verwendet, wobei die Achse des Innenleiters lotrecht zu den Ebenen der Schutzspalte angeordnet ist.
Im Zusammenhang mit dieser Ausbildung der Schutzepalte ist zu bemerken, dass Elektrodendurchfüh- rungen bekanntgeworden sind, bei denen innerhalb einer die Kesselwand durchsetzenden Büchse ein Rohr aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist, das beidseitig der Büchse abwechselnd auf das Rohr aufgesetzte Dichtungsringe und Ringe aus elektrisch isolierendem Material trägt, wobei die letzteren radial über die Dichtungsringe vorstehen.
Hiebei handelt es sich im wesentlichen darum, durchEinfügen dieser hervorstehenden Glimmerplatten eine erhebliche Verringerung des Kriechstromes zu erzielen. Daher müssen diese Glimmerplatten über die Metallteile herausstehen, um den gewünschten Erfolg zu bringen. Demgegenüber müssen bei dem erfindungsgemässen Halteglied die als Zwischenlage dienenden Isolierkörper einen kleineren Aussendurchmesser als die die Wandungen der Schutzspalte bildenden Metallplatten haben, damit diese als Zwischenlage dienenden Isolierkörper ebenfalls durch die Schutzspalte geschützt sind.
Die Verwendung von Flachspalten an Stelle von koaxialen Ringspalten ist in einzelnen Fällen bereits vorgeschlagen worden (siehe Schweizer Patentschrift Nr. 333695), jedoch handelt es sich dabei in keinem Falle um Flachspalte zwischen ebenen Metallflächen, die unter Zwischenlage von ebenen Isolierkörpern aufeinandergepresst sind.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen an Hand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert. Hievon zeigen : Fig. 1 einen Aufriss einer Halterung eines Innenleiters längs der Bohrung eines metallischen Hohlkörpers, teilweise im Schnitt gezeichnet. Fig. 2 und 3 einen Querschnitt bzw. Grundriss eines Ausführungsbeispiels einer im Halteglied nach Fig. 1 verwendeten Metallplatte. Fig. 4 und 5 den Querschnitt und Grundriss eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Metallplatte ähnlich derjenigen von Fig. 2 und 3, Fig. 6 und 7 den Querschnitt und Grundriss des Zentrierungsorgans für die Halterung gemäss Fig. 1.
Das vorliegende isolierende Halteglied zwischen spannungführenden Bauteilen ist nachstehend in seinem Aufbau angewendet auf dieHalterung eines spannungführenden. Innenleiters in der Bohrung eines metallischen Hohlkörpers näher erläutert, obgleich dasselbe natürlich hierauf nicht beschränkt ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in einem Metallrohr mit der Bohrung 11 ein spannungführender Innenleiter 12 angeordnet, der gegenüber dem Rohr 10 eine Spannung, beispielsweise eine Wechselspannung, von 500V führt. Der Innenleiter 12 ist am oberen Ende des Rohres 10 von diesem isoliert aufgehängt, wozu ein (nicht gezeichnetes) isolierendes Halteglied der vorliegenden Bauart verwendet wird.
Am unteren Ende des Rohres 10, welches in der Fig. 1 dargestellt ist, wird durch ein Zentrierorgan 13 der Innenleiter 12 bzw. das am Innenleiter hängende zylindrische Belastungsgewicht 14 relativ zur Bohrung 11 des Rohres 10 zentriert. Das Zentrierorgan 13 ist hier mit einem isolierenden Halteglied 15 an der am Rohr 10 festgeschraubten Schelle 16 befestigt. Die Zentrierung des Innenleiters 12 relativ zur Bohrung 11 des Rohres 10 erfolgt in bekannter Weise mittels der in Fig. 7 ersichtlichen, zugespitzten Stellschrauben 17,18 und 19. Eine solche Zentrierung des Innenleiters 12 gegenüber der Bohrung 11 des Rohres 10 mittels eines Zentrierorgans 13, welches starr am Rohr 10 befestigt ist, besitzt den Vorteil, dass die Lage des Innenleiters 12 im Rohr 10 unabhängig von dessenQuerbewegungen und dessenLängsausdehnung ist.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass beispielsweise bei der Nitrierbehandlung von Stahlrohren mittels einer stromstarken elektrischen Glimmentladung in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre die genaue Zentrierung des Innenleiters 12 in der Bohrung 11 von Wichtigkeit ist. Die Verwirklichung einer solchen Zentrierung erfordert aber ein betriebssicheres und einfach aufzubauendes, wartungsfreies, isolierendes Halteglied 15, dessen Aufbau nachstehend beschrieben wird.
Das isolierende Halteglied weist hier einen säulenartigen Aufbau auf und ist, wie der Längsschnitt in
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Fig. 1 zeigt, beidseits des Zentrierorgans 13 symmetrisch aufgebaut. Das Zentrierorgan 13 besitzt einen
Ring 13a mit der Bohrung 13b (siehe Fig. 6), der die Mitte des Haltegliedes 15 bildet. Beidseits des Rin- ges 13a sind zunächst zwei flache Metallscheiben 20, dann die Metallscheibe 21 mit dem Rand 21a, dar- aufhin weitere zwei Metallscheiben 20 und schliesslich je eine Endplatte 22 vorgesehen. Die Metallschei- ben 20 und 21 besitzen je eine koaxiale Bohrung 20b bzw. 21b, die den gleichen Durchmesser wie die
Bohrung 13b im Ring 13a des Zentrierorgans aufweist.
Die dem Ring 13a benachbarten beiden Metall- platten 20 bilden mit den einander zugekehrten Flachseiten jeweils einen Flachspalt 23, verursacht durch je einen etwa 0, 2 bis 0, 5 mm starkenGlimmerring, der zwischen den einander zugekehrten Metallflächen liegt. Je ein gleichartiger Glimmerring, dessen Innendurchmesser gleich dem Durchmesser der Bohrun- gen 13b bzw. 20b bzw. 21b ist und dessen Aussendurchmesser kleiner als der Aussendurchmesser der Me- tallscheiben 20 sein muss, ist zwischen den einzelnen benachbarten Metallscheiben 20 bzw. 21 und der obersten bzw. untersten Metallscheibe 20 und den Endplatten 22 vorgesehen. Auf diese Weise werden also beidseits des dem Zentrierorgan 13 angehörenden Ringes 13a je sechs Flachspalte 23 gebildet.
Das ganze Halteglied wird mittels eines Spannbolzens 24 zusammengehalten, der an seinem freien
Ende ein Gewinde und eine Mutter 25 besitzt, mit deren Hilfe die Bodenplatte 22 und sämtliche Metallscheiben 20 und 21 sowie der Ring 13a gegen die Deckplatte 22 gepresst werden, die ihrerseits an einem Kragen 26 des Spannbolzens24 aufliegt. Zur Erhöhung der Spannungssicherheit ist der Spannbolzen 24 im Innern des Haltegliedes von einem zylindrischen Isolator 27 umgeben, der aber, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weder Zug- noch Druckspannungen aufzunehmen hat und an dessen Abmessungen keine hohen Toleranzforderungen gestellt werden müssen.
Die engen Flachspalte 23 zwischen einander zugekehrten Flachseiten der aufeinandergestapelten Metallscheiben bzw. des Ringes 13a und der Deck- und Bodenplatte 22 werden in ihrer Breite lediglich durch die jeweils zwischengelegten Glimmerringe bestimmt. Bekanntlich können solche Isolierringe aus Glimmer sehr präzis hergestellt werden und stehen in jeder gewünschten Dicke zur Verfügung. Da derartige Glimmerringe ohne besondere Schwierigkeit mit gleichbleibender Dicke längs ihrer gesamten Ausdehnung hergestellt werden können, ist ohne besondere Zentrierung oder Justierung auch die Breite der Flachspalte längs deren gesamter Ausdehnung konstant, wenn nur die sie begrenzenden Metallflächen genau eben sind. Da es sich bei diesen Metallflächen aber um Drehteile handelt, bedarf es keiner besonderen Präzision, um dieser Forderung zu genügen.
Auch beim Zusammenbau eines derartigen isolierenden Haltegliedes gemäss Fig. 1 und der obenstehenden Beschreibung ist keine besondere Präzision erforderlich, da sämtliche Metallteile auf den mit dem Isolierrohr 27 versehenen Spannbolzen 24 der Reihe nach aufgestapelt werden können, um zuletzt mittels der Mutter 25 zusammengepresst zu werden.
In dem in Fig. 1 im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiel des isolierenden Haltegliedes sind die einander zugekehrten Flachseiten der Metallscheiben 20,21 und 22 sowie des Metallringes 13a als glatte Flächen dargestellt. Ein derart aufgebautes Halteglied hat sich im Betrieb bei Verwendung von Glimmerringen mit 0,3 bis 0,4 mm Dicke gut bewährt, wobei die Abmessungen etwa jenen der Fig. 1 entsprachen.
In gewissen Anwendungsfällen, insbesondere für Entladungsgefässe mit einem Unterdruck im Bereich von nur wenigen mm Hg, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens eine der einander zugekehrten Flachseiten der Metallscheiben mit einer ringförmigen, koaxialen Ausnehmung versehen ist. Beispielsweise zeigen die Fig. 2 und 3 eine derart ausgebildete Metallscheibe 20 mit der koaxialen Ausnehmung 20c in der einen Flachseite, durch welche Ausnehmung diese Flachseite in eine engere Kreisring-
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Auch der Metallring 13a des Zentrierorgans 13 ist, wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, auf einer seiner Flachseiten mit einer ringförmigen Ausnehmung 13c versehen, welche diese Flachseite in eine engere Kreisringfläche 13d und in eine weitere Kreisringfläche 13e unterteilt. Auch hier ist die ringförmige Ausnehmung 13c über den Radialkanal 13f mit der Bohrung 13b verbunden. Die Peripherie des Metallringes 13a ist mit einem radial herausragenden Wulst 13g versehen, dessen Aussendurchmesser, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, mit dem Aussendurchmesser des Randes 21a der Metallscheiben 21 ungefähr übereinstimmt.
Dieser Wulst 13g bildet, wie aus Fig. 1 erkennbar ist, einen weiteren Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern in den Ringspalt 28.
Unter Verwendung der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Metallscheiben 20 und 21 und bei einer Aus-
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der benachbarten Metallscheiben jeweils eine Flachseite mit einer ringförmigen Ausnehmung und einem Radialkanal versehen ist. In diesem Falle sollte der den Abstand benachbarter Metallscheiben bestimmen- de Glimmerring die gleichen Abmessungen besitzen wie die Kreisringfläche 20d bzw. 21d bzw. 13d, na- türlich ohne Berücksichtigung der Radialkanäle 20f bzw. 21f bzw. 13f.
Ein derart ausgebildetes isolieren- des Halteglied weist den Vorteil auf, dass der vom zylindrischen Isolierkörper 27 nur teilweise ausgefüllte Innenraum zwischen den Bohrungen 20b bzw. 21b bzw. 13b und dem Spanndorn 24 über die einzelnen Radialkanäle 20f bzw. 21f bzw. 13f mit den ringförmigen Ausnehmungen und über die engen Flachspalte 23 sowie die breiten Ringspalte 28 mit dem Innenraum des Entladungsgefässes in Verbindung steht. Dadurch wird erreicht, dass beim Evakuieren des Entladungsgefässes auch das im Innern des isolierenden Haltegliedes vorhandene Gas abgesaugt wird und auch eine eventuelle Gas. abgabe der Glimmerringe während des Betriebes nicht zu Störungen führen kann.
Ein nach dem Prinzip der Fig. 1 mit Metallscheiben entsprechend den Fig. 2 bis 5 und einem Zentrierorgan entsprechend den Fig. 6 und 7 aufgebautes isolierendes Halteglied hat sich im Dauerbetrieb innerhalb eines mit stromstarke Glimmentladungen arbeitenden Entladungsgefässes bewährt. Dabei wurden die Rohre 10 auf eine Temperatur zwischen 400 und 5000C erhitzt, so dass das isolierende Halteglied 15 angenähert die gleiche Temperatur besass. Trotz dieser hohen Temperaturbeanspruchung und einer Betriebsspannung bis zu 700 V (Spitzenwert) zwischen dem Innenleiter 12 und dem Rohr 10 haben sich weder Überschläge noch sonstige Störungen gezeigt und auch nach Hunderten von Betriebsstunden ist keine nachteilige Bestäubung dsr engen Flachspalte bzw. der Stirnflächen der Metallscheiben 20 zu beobachten gewesen.
Natürlich stellt das isolierende Halteglied in der Ausführung gemäss Fig. l nur ein konstruktives Beispiel dar. Falls erwünscht, kann ein derartiges Halteglied auch ohne die Innenbohrungen 20b bzw. 21b bzw. 13b aufgebaut werden, wenn zum Zusammenspannen nicht ein Spanndorn 24 verwendet wird, sondern ein rahmenförmiger Bügel, der das ganze Halteglied umgibt und von beiden Seiten aus zusammenpresst. Das Halteglied in ähnlicher Ausführung wie in Fig. 1 kann auch zur Aufhängung spannungführender Körper die- nen, wenn an Stelle des einseitig am Metallring 13 angebrachten Zentrierorgans an einem entsprechenden Metallring beidseits einHaltebügel angebracht wird, so dass eine am Halteglied hängende Last dasselbe in axialer Richtung auf Zug beansprucht.
Als Isoliermaterial für die beim vorliegenden isolierenden Halteglied erforderlichen Isolierringe hat sich Glimmer gut bewährt. Es können aber auch andere, in einer Dicke von 0, 2 bis 0,5 mm herstellbare ebene Isolierkörper verwendet werden, beispielsweise Isolierfolien aus Kunststoff und ähnlichen Materialien. Dabei ist aber zu beachten, dass diese Isolierringe bei der vorgesehenen Betriebstemperatur ihre Abmessungen genau beibehalten. Thermoplastische Isoliermaterialien können also nur dann Verwendung finden, wenn die Betriebstemperatur des Haltegliedes genügend niedrig ist.
Es sei auch noch darauf hingewiesen, dass nach dem Prinzip des Haltegliedes gemäss Fig. 1 auch ohne jede weitere Schwierigkeit eine Stromeinführung gestaltet werden kann, bei der dann, im Gegensatz zu den Stromeinfahrungen der obengenannten Patentschriften, sämtliche engen Schutzspalte als Flachspalte und nicht als Ringspalte ausgebildet sind.
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