DE19619286A1

DE19619286A1 - Hydraulische Elektrodendichtung

Info

Publication number: DE19619286A1
Application number: DE19619286A
Authority: DE
Inventors: Daniel J Krieger; John J Krone
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1996-11-14
Also published as: US5580273A; JPH08316046A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Dichtung für eine elektrische Verbindung und insbesondere auf Halte- und Dichtanordnungen, um einen elektrischen Pfad bzw. Durchlaß zwischen dem Inneren einer Kammer eines Druckgefäßes und deren Äußerem vorzusehen.

Stand der Technik

Es wurden verschiedene Versuche unternommen, elektrische Energie zwischen Bereichen zu verbinden bzw. zu transpor tieren, die aufgrund des Vorhandenseins von elektrisch leitenden Bauteilen oder abgedichteten Behältern inkompa tibel sind. Einige bekannte Anordnungen haben verschiede ne Formen von Gummibeschichtungen bzw. -überzügen oder Isolatoren verwendet, während andere Stiftverbinder anordnungen verwendet haben. Die Stiftanordnungen weisen normalerweise einen Teil der Stiftanordnungen in einem Nicht-Induktormaterial auf einer Seite des leitenden Materials angebracht auf, wobei der andere Teil der Stiftanordnung mit dem ersten Teil in Eingriff gebracht werden kann und in einem Nicht-Induktormaterial auf der anderen Seite des leitenden Materials angebracht ist. Andere Anordnungen haben eine gerade, einstückige Elektrode verwendet, die von einem nicht-leitenden Material umgeben ist und an ihrer Stelle durch eine Kraft gehalten wird, die auf das nicht-leitende Material ange legt wird. Diese verfügbaren Anordnungen sind normaler weise größer und die gerade, einstückige Elektrode wird nicht sicher an ihrer Stelle gehalten, wenn sie großen Druckpegeln ausgesetzt ist.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu lösen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrodenabdichtanordnung vorgesehen und geeignet zum Vorsehen eines abgedichteten elektrischen Pfades bzw. Durchlasses zwischen einem Innenhohlraum eines Druckge fäßes und dessen Äußerem. Die Elektrodenabdichtanordnung umfaßt ein Gehäuse, ein isolierendes Dichtmaterialglied, einen Kragenmechanismus, einen Kraftübertragungsmechanis mus und eine elektrisch leitende Elektrode. Das Gehäuse besitzt eine abgestufte Bohrung dahindurch und ist geeig net zur Verbindung mit dem Druckgefäß. Die abgestufte Bohrung besitzt erste und zweite Innendurchmesser, wobei eine abgeschrägte bzw. verjüngte Schulter dazwischen angeordnet ist. Das isolierende Dichtmaterialglied be sitzt einen ersten Außendurchmesser an einem Ende davon, welcher betriebsmäßig in den ersten Durchmesser der abgestuften Bohrung paßt, einen vergrößerten Teil, einen zweiten Außendurchmesser an dem anderen Ende davon und eine Bohrung, die sich durch seine Länge hindurch er streckt. Der vergrößerte Teil besitzt eine erste abge schrägte bzw. verjüngte Schulter, die betriebsmäßig mit der abgeschrägten Schulter in der abgestuften Bohrung zusammenpaßt, eine zweite, gegenüberliegende abgeschrägte bzw. verjüngte Schulter und einen Außendurchmesser, der betriebsmäßig in den zweiten Innendurchmesser der abge stuften Bohrung paßt. Der Kragenmechanismus besitzt eine Bohrung dahindurch und eine abgeschrägte bzw. verjüngte Oberfläche, benachbart zu einem Ende der durchgehenden Bohrung und ist betriebsmäßig um den zweiten Außendurch messer des isolierenden Dichtmaterialglieds herum ange ordnet, wobei die abgeschrägte Oberfläche mit der zwei ten, gegenüberliegenden abgeschrägten Schulter des ver größerten Teils in Eingriff gebracht werden kann. Der Kraftübertragungsmechanismus ist an dem Gehäuse befestigt und legt betriebsmäßig eine Kraft an den Kragenmechanis mus und anschließend auf den vergrößerten Teil des isolierenden Dichtmaterialglieds an. Die elektrisch leitende Elektrode ist in der Bohrung bzw. Öffnung des isolierenden Dichtmaterialglieds angeordnet und erstreckt sich dahindurch.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des elek trischen Systems und verkörpert ein Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung; und

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines noch wei teren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Beste Art zur Ausführung der Erfindung

Bezugnehmend auf Fig. 1 der Zeichnungen ist ein elektri sches System 10 dargestellt und umfaßt eine elektrische Energiequelle, wie beispielsweise einen Spannungsgenera tor 12, einen Kondensator 14, zwei Elektrodenabdichtan ordnungen 16, ein Druckgefäß 18 mit einem Innenhohlraum 20, einen Induktor bzw. ein induktives Element 22 und eine Masseverbindung bzw. Erdung 24. Die zwei Elektroden abdichtanordnungen 16 sind gewindemäßig an dem Druckgefäß 18 angebracht und mit der Spannungsquelle 12 und der Masseverbindung 24 über elektrische Leitungen 26, 28 verbunden. Der Induktor 22 ist innerhalb des Innenhohl raums 20 des Druckgefäßes 18 angeordnet und zwischen den zwei Elektrodenabdichtanordnungen 16 verbunden.

Die beiden Elektrodenabdichtanordnungen 16 sind iden tisch. Die folgende Beschreibung beschreibt nur eine davon. Jede der Elektrodenabdichtanordnungen 16 umfaßt ein Gehäuse 30, ein isolierendes Dichtmaterialglied 32, einen Kragenmechanismus 34, einen Kraftübertragungsmecha nismus 36 und eine elektrisch leitende Elektrode 38.

Das Gehäuse 30 weist eine abgestufte Bohrung 40 auf. Die abgestufte Bohrung 40 definiert einen ersten Innendurch messer 42 an einem Ende davon, einen zweiten größeren Durchmesser 44 mit einer abgeschrägten bzw. verjüngten Schulter 46 dazwischen und einen Gewindedurchmesser 48. Ein Außengewinde 50 ist auf dem Gehäuse angeordnet und betriebsmäßig vorgesehen zum gewindemäßigen Anbringen des Gehäuses 30 an dem Druckgefäß 18.

Das isolierende Dichtmaterialglied 32 besitzt einen ersten Außendurchmesser 56 an einem Ende davon, einen vergrößerten Teil 58 mit einem größeren Außendurchmesser 60 und benachbart zu dem ersten Außendurchmesser 56, einen zweiten Außendurchmesser 62 an dem anderen Ende davon und eine Bohrung 64, die darin definiert ist und sich dahindurch erstreckt. Eine erste abgeschrägte bzw. verjüngte Schulter 66 ist auf dem isolierenden Dichtma terialglied 32 zwischen dem ersten Außendurchmesser 56 und dem größeren Außendurchmesser 60 angeordnet. Eine zweite abgeschrägte bzw. verjüngte Schulter 68 ist auf dem isolierenden Dichtmaterialglied 32 zwischen dem zweiten Außendurchmesser 62 und dem vergrößerten Außen durchmesser 60 angeordnet.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kragen mechanismus 34 eine Hülse 70. Die Hülse 70 besitzt einen Außendurchmesser 72, erste und zweite Enden 74, 76 und eine sich dahindurch erstreckende Bohrung 78. Eine abge schrägte bzw. verjüngte Oberfläche 80 ist an dem einen Ende 74 davon angeordnet und betriebsmäßig vorgesehen zum Eingriff mit der zweiten abgeschrägten Schulter 68 des isolierenden Dichtmaterialglieds 32. Die durchgehende Bohrung 78 der Hülse 70 ist betriebsmäßig vorgesehen zur Aufnahme des zweiten Außendurchmessers 62 des isolieren den Dichtmaterialglieds 32.

Der Kraftübertragungsmechanismus 36 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein Gewindekappenglied 81 mit einem Außengewinde 82, einer ersten Bohrung 84 und einer zweiten, größeren Bohrung 86, wobei eine Schulter 88 die erste und zweite Bohrung 84, 86 davon verbindet. Die erste Bohrung 84 des Gewindekappenglieds 81 ist betriebs mäßig vorgesehen zur Aufnahme des zweiten Außendurch messers 62 des isolierenden Dichtmaterialglieds 32, und die zweite Bohrung 86 davon ist betriebsmäßig vorgesehen zur Aufnahme des Außendurchmessers 72 der Hülse 70. Das Außengewinde 82 des Gewindekappenglieds 81 ist betriebs mäßig in dem Gewindedurchmesser 48 des Gehäuses 30 ange ordnet und die Schulter 88 davon steht in drängendem bzw. drückendem Kontakt mit dem zweiten Ende 76 der Hülse 70.

Die elektrisch leitende Elektrode 38 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besitzt einen ersten Durchmesser 90 und einen vergrößerten Teil 92 an einem Ende davon und ist betriebsmäßig benachbart zu dem ersten Außendurch messer 56 des isolierenden Dichtmaterialglieds 32 ange ordnet. Der vergrößerte Teil 92 ist geeignet zur Verbin dung mit dem Induktor 22 und das andere Ende davon ist geeignet zur Verbindung mit den geeigneten elektrischen Leitungen 26, 28.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Ausfüh rungsbeispiel von Fig. 3 ist im wesentlichen das gleiche wie das Ausführungsbeispiel von Fig. 2. Ähnliche Elemen te besitzen ähnliche Bezugszeichen. In Fig. 3 erstreckt sich das Außengewinde 82 des Gewindekappenglieds 81 über die gesamte Länge des äußersten Durchmessers. Das Ausfüh rungsbeispiel von Fig. 3 umfaßt eine Verriegelungsmutter 94, die betriebsmäßig vorgesehen ist zum gewindemäßigen Eingriff mit dem Außengewinde 82 des Gewindekappenglieds 81 und zum Anstoßen an das Gehäuse 30, um das Gewinde kappenglied 81 bezüglich des Gehäuses 30 zu verriegeln.

Bezugnehmend auf Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist im wesentlichen das gleiche wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2. Ähnliche Elemente besitzen ähnliche Bezugszeichen. Die elektrisch leitende Elektrode 38 von Fig. 4 besitzt keinen vergrößerten Endteil 92. Der Durchmesser 90 er streckt sich über die gesamte Länge davon.

Es sei bemerkt, daß verschiedene Formen der Elektroden abdichtanordnung 16 verwendet werden könnten, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist erkennbar, daß der Kragenmechanismus 34 und der Kraft übertragungsmechanismus 36 ein gemeinsamer integraler bzw. einstückiger Mechanismus sein könnten. In ähnlicher Weise könnte das Gehäuse 30 auf andere bekannte Arten an dem Druckgefäß 18 angebracht sein. Der Induktor bzw. das induktive Element 22, der bzw. das in dem Druckgefäß 18 angeordnet ist, könnte jegliche Art von Verbindung sein, die einen elektrischen Pfad bzw. eine elektrische Ver bindung zwischen dem Inneren des Druckgefäßes 18 und dessen Äußerem erfordert. Das Druckgefäß 18 könnte jegliche Art von Gefäß sein, das internen Drücken oder internen Vakua ausgesetzt ist.

Industrielle Anwendbarkeit

Beim Betrieb der vorliegenden Erfindung gemäß der Fig. 1 wird ein elektrischer Pfad zwischen dem Induktor 22, der innerhalb des Inneren 20 des Druckgefäßes 18 angeordnet ist, und der Quelle elektrischer Energie 12 und der Mas severbindung 24, die außerhalb des Druckgefäßes 18 ange ordnet sind, benötigt. In Fig. 1 sind zwei Elektroden abdichtanordnungen 16 dargestellt. Es sei bemerkt, daß bei einigen Anordnungen nur eine Elektrodenabdichtanord nung 16 benötigt werden kann.

Bezugnehmend auf die Anordnung und den Betrieb der Elektrodenabdichtanordnung 16 gemäß Fig. 2 ist der Durchmesser 90 der elektrisch leitenden Elektrode 38 in der durchgehenden Bohrung 64 des isolierenden Dichtmate rialglieds 32 angeordnet, wobei der vergrößerte Endteil 92 benachbart zu dem ersten Außendurchmesser 56 des isolierenden Dichtmaterialglieds 32 angeordnet ist. Der erste Außendurchmesser 56 des isolierenden Dichtmaterial glieds 32 wird in den ersten Innendurchmesser 42 des Gehäuses 30 geschoben, so daß die erste abgeschrägte Schulter 66 davon mit der abgeschrägten Schulter 46 des Gehäuses 30 in Kontakt kommt. Die Hülse 70 wird über den zweiten Außendurchmesser 62 des isolierenden Dichtmate rialglieds 32 geschoben, bis die abgeschrägte Oberfläche 80 an dem einen Ende 74 mit der zweiten abgeschrägten Schulter 68 des isolierenden Dichtmaterialglieds 32 in Kontakt kommt. Das Außengewinde 82 des Gewindekappen gliedes 81 wird schraubgewindemäßig mit dem Gewindedurch messer 48 des Gehäuses 30 in Eingriff gebracht. Es sei bemerkt, daß der Gewindeeingriff des vorliegenden Aus führungsbeispiels eine Interferenz- bzw. Preßpassung sein könnte. Während das Gewindekappenglied 81 in das Gehäuse 30 geschraubt wird, kommt die Schulter 88 davon mit dem zweiten Ende 76 der Hülse 70 in Kontakt und drückt die Hülse 70 gegen die zweite abgeschrägte Schulter 68 des isolierenden Dichtmaterialglieds 32. Da die erste und die zweite abgeschrägte Schulter 66, 68 des vergrößerten Teils 58 zwischen der abgeschrägten Schulter 46 des Ge häuses 30 und der abgeschrägten Oberfläche 80 der Hülse 70 eingefangen sind, wird der vergrößerte Teil 58 davon komprimiert bzw. zusammengedrückt. Die auf das Material in dem vergrößerten Teil 58 wirkenden Kräfte drücken das Material fest gegen den Außendurchmesser 90 der elek trisch leitenden Elektrode 38. Die Druckkräfte des Materials in dem vergrößerten Teil 58, die auf den Außen durchmesser 90 der elektrisch leitenden Elektrode 38 wirken, halten die elektrisch leitende Elektrode 38 in ihrer Zusammenbauposition. In ähnlicher Weise dichten die auf den vergrößerten Teil 58 wirkenden Kräfte effektiv die Komponenten bzw. Bauteile relativ zueinander ab und blockieren dadurch eine Leckage von Druckströmungsmittel aus dem Druckgefäß 18. Dadurch, daß die Haltekräfte sowohl über die abgeschrägte Schulter des Gehäuses 30 als auch die abgeschrägte Oberfläche 80 der Hülse 70 auf die erste bzw. die zweite abgeschrägte Schulter 66, 68 des isolierenden Dichtmaterialglieds 32 übertragen werden, werden größere Dicht- und Haltekräfte in dem vergrößerten Teil 58 und infolgedessen auf den Außendurchmesser 90 der elektrisch leitenden Elektrode 38 aufgebracht bzw. indu ziert. Die elektrisch leitende Elektrode 38 wird ferner davon abgehalten, durch den darauf wirkenden Druck in dem Inneren 20 nach außen gedrückt zu werden, indem der ver größerte Endteil 92 mit dem Ende des isolierenden Dicht materialglieds 32 benachbart zu dem ersten Außendurch messer 56 davon in Kontakt steht. Die vorliegende Anord nung sieht einen elektrischen Pfad von dem Innenhohlraum 20 des Druckgefäßes zu seinem Äußeren vor, welcher frei von Leckage von Druckströmungsmittel aus dem Gefäß ist. Die größere Kraft, die in dem vergrößerten Teil 58 indu ziert wird, ermöglicht, daß die vorliegende Anordnung bei höheren Druckniveaus funktioniert.

Bezugnehmend auf die Anordnung und den Betrieb von Fig. 3 sind die Anordnung und der Betrieb im wesentlichen die gleichen wie die gemäß Fig. 2. Um zu gewährleisten, daß das Gewindekappenglied 81 fest in dem Gehäuse 30 gehalten wird, ist die Gewindemutter 94 auf das Außengewinde 82 geschraubt und gegen das Gehäuse 30 festgezogen, um das Gewindekappenglied 81 bezüglich des Gehäuses 30 fest zu verriegeln, sobald die Anordnung ordnungsgemäß angezogen bzw. festgelegt ist.

Bezugnehmend auf die Anordnung und den Betrieb gemäß Fig. 4 sind die Anordnung und der Betrieb im wesent lichen die gleichen wie die gemäß Fig. 2. Der einzige Unterschied in Fig. 4 besteht darin, daß die elektrisch leitende Elektrode 38 ein gerades Glied ist und nicht den vergrößerten Teil 92 aufweist. Die elektrisch leitende Elektrode 38 ist in der zusammengebauten Position durch Kompressions- bzw. Druckkräfte gehalten bzw. gesichert, die durch den vergrößerten Teil 58 des isolierenden Dichtmaterialglieds 32 darauf ausgeübt bzw. darin indu ziert werden.

Angesichts der vorgenannten Beschreibung ist sogleich deutlich, daß die Elektrodenabdichtanordnung 16 gemäß der vorliegenden Erfindung eine einfache und effektive An ordnung vorsieht zum Verbinden eines elektrischen Pfades zwischen dem Inneren 20 eines Druckgefäßes 18 und dessen Äußerem, und zwar frei von Leckage des Druckströmungs mittels innerhalb des Druckgefäßes 18. Die vorliegende Anordnung hält auch die elektrisch leitende Elektrode 38 fest innerhalb des Gehäuses 30 gegen Kräfte innerhalb des Innenhohlraums 20, die dahingehend wirken, die Elektrode 38 hinauszudrücken.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also folgendes vor: Die vorliegende Anordnung sieht einen kompakten, leckage freien Mechanismus vor zum Verbinden bzw. Übertragen eines elektrischen Signals zwischen dem Inneren und dem Äußeren eines Druckgefäßes. Die Elektrodenabdichtan ordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gehäuse, ein isolierendes Dichtmaterialglied mit einem vergrößerten Teil, wobei eine elektrisch leitende Elektrode durch das isolierende Dichtmaterialglied hindurch angeordnet ist, einen Kragenmechanismus und einen Kraftübertragungsmechanismus, der betriebsmäßig über den Kragenmechanismus eine Kraft anlegt, um das isolierende Dichtmaterialglied gegen das Gehäuse und gegen die elektrisch leitende Elektrode anzulegen. Die auf den vergrößerten Teil angelegte Kraft komprimiert diesen bzw. drückt diesen zusammen und dichtet die Komponenten bzw. Bauteile bezüglich Leckage ab und übt eine Haltekraft auf die elektrisch leitende Elektrode aus, wodurch diese in ihrer zusammengebauten Position gehalten wird.

Claims

1. Elektrodenabdichtanordnung, die geeignet ist zum Vorsehen eines abgedichteten elektrischen Pfades bzw. Durchlasses zwischen einem Innenhohlraum eines Druckgefäßes und dessen Äußerem, wobei die Anordnung folgendes aufweist:
ein Gehäuse mit einer abgestuften Bohrung dahin durch, wobei das Gehäuse geeignet ist zur Verbindung mit dem Druckgefäß und wobei die abgestufte Bohrung einen ersten und einen zweiten Innendurchmesser besitzt mit einer abgeschrägten bzw. verjüngten Schulter dazwischen;
ein isolierendes Dichtmaterialglied mit einem ersten Außendurchmesser an einem Ende davon, der betriebs mäßig in den ersten Innendurchmesser der abgestuften Bohrung paßt, einem vergrößerten Teil, einem zweiten Außendurchmesser an dem anderen Ende davon und einer Bohrung, die sich durch die Länge davon erstreckt, wobei der vergrößerte Teil eine erste abgeschrägte bzw. verjüngte Schulter besitzt, die betriebsmäßig mit der abgeschrägten Schulter in der abgestuften Bohrung zusammenpaßt, einer zweiten, gegenüberlie genden abgeschrägten bzw. verjüngten Schulter und einem Außendurchmesser, der betriebsmäßig in den zweiten Innendurchmesser der abgestuften Bohrung paßt;
einen Kragenmechanismus mit einer Bohrung dahindurch und einer abgeschrägten bzw. verjüngten Oberfläche, benachbart zu einem Ende der durchgehenden Bohrung, wobei der Kragenmechanismus betriebsmäßig um den zweiten Außendurchmesser des isolierenden Dicht materialglieds herum angeordnet ist, und wobei die abgeschrägte Oberfläche mit der zweiten, gegenüber liegenden abgeschrägten Schulter des vergrößerten Teils in Eingriff gebracht werden kann;
einen Kraftübertragungsmechanismus, welcher an dem Gehäuse angebracht ist und betriebsmäßig eine Kraft an den Kragenmechanismus und nachfolgend an den vergrößerten Teil des isolierenden Dichtmaterial glieds anlegt; und
eine elektrisch leitende Elektrode, die in der Bohrung des isolierenden Dichtmaterialglieds angeordnet ist und sich dahindurch erstreckt.

2. Elektrodenabdichtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen Gewindeinnendurchmesser, benach bart zu dem zweiten Innendurchmesser davon, auf weist, wobei der Kragenmechanismus eine Metallhülse ist und wobei der Kraftübertragungsmechanismus ein Gewindekappenglied ist.

3. Elektrodenabdichtanordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Metallhülse einen Außendurchmesser, die sich dahindurch erstreckende Bohrung, die abgeschrägte Oberfläche benachbart zu der durchgehenden Bohrung und ein zweites Ende aufweist, und wobei der Kraft übertragungsmechanismus ein Gewindekappenglied ist mit einem Außengewinde, das betriebsmäßig mit dem Gewindeinnendurchmesser des Gehäuses zusammenpaßt, einer ersten Bohrung, die betriebsmäßig den Außen durchmesser der Metallhülse aufnimmt, einer zweiten Bohrung, die betriebsmäßig den zweiten Außendurch messer des isolierenden Dichtmaterialglieds auf nimmt, und einer Schulter, die zwischen der ersten und der zweiten Bohrung angeordnet ist und betriebs mäßig vorgesehen ist zum Eingriff mit dem zweiten Ende der Metallhülse und zur Übertragung von Kraft darauf.

4. Elektrodenabdichtanordnung gemäß Anspruch 3, wobei die elektrisch leitende Elektrode einen vergrößerten Teil besitzt, der sich von einem Ende aus benachbart zu dem ersten Innendurchmesser des Gehäuses er streckt und geeignet ist zum Einführen bzw. Einset zen in das Druckgefäß.

5. Elektrodenabdichtanordnung gemäß Anspruch 3, wobei die Elektrodenabdichtanordnung eine Verriegelungs mutter umfaßt, die betriebsmäßig vorgesehen ist zum Gewindeeingriff mit dem Außengewinde des Gewinde kappenglieds und um das Gewindekappenglied bezüglich des Gehäuses zu verriegeln.