DE2641686A1 - Dichtungsanordnung zwischen ineinanderschiebbaren zylindern und verfahren zum herstellen - Google Patents

Description

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Dichtungsanordnung zwischen ineinanderschiebbaren Zylindern und Verfahren zum Herstellen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Mittel zum festen und hermetischen Verschließen zweier teleskopartig zusammengebauter Werkstücke. Sie bezieht sich insbesondere jedoch nicht ausschließlich auf Mittel zum Herstellen einer Abdichtung zwischen einer metallischen Endkappe und dem Endteil eines isolierenden rohrförmigen Gehäuses einer elektrischen Schmelzsicherung, wobei die Endkappe in das Gehäuse eingesetzt ist.

Gewisse elektrische Vorrichtungen sind besonders empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und deshalb in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse eingekapselt. Für solche Vorrichtungen, die dann widrigen Bedingungen ausgesetzt werden, wie einer langzeitigen Verwitterung oder einem Eintauchen in heißes Transformatoröl, ist es wichtig, daß die Dichtungen des Gehäuses in zuverlässiger Weise unversehrt bleiben, obwohl sie zahlreichen Temperaturzyklen unterworfen werden. Bei in großen Stückzahlen hergestellten Produkten, die Dichtungen zwischen Teilen mit bedeutend unterschiedlichen thermischen Ex-

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pansionseigenschaften enthalten, sind derartige Abdichtungen schwer zu erreichen, ohne daß eine kostspielige größere Abmessungspräzxsion der Teile erförderlich ist.

Eine elektrische Vorrichtung, die eine solche feste hermetische Abdichtung erfordert und die in großen Stückzahlen hergestellt wird, ist eine elektrische strombegrenzende Schmelzsicherung. Solche Schmelzsicherungen werden benutzt, um große Fehlerströme bei großen Spannungen in einer gesteuerten Weise zu unterbrechen, wobei ohne eine derartige Maßnahme zerstörende Spannungsübergänge bzw. -spitzen in dem hierdurch geschützten elektrischen System erzeugt werden.

In typischer Weise hat eine strombegrenzende Schmelzsicherung eine längliche, rohrförmige, isolierende Gehäusehülse, die an beiden Enden durch metallische Anschlußendkappen verschlossen ist. Zwischen den Endkappen wird ein sich über die Länge der Schmelzsicherung erstreckender Stützkern gehalten, auf dem ein oder mehrere schmelzbare Draht- cder Bandelemente, die mit den Endkappen verbunden sind, spiralförmig aufgewunden sind. Der im Inneren des Gehäuses verbleibende Raum wird mit einem dicht gepackten Partikelfüllmittel aus Lichtbogenlöschmaterial, wie aus Quarzsand, gefüllt.

Wenn ein Fehlerstrom durch die Schmelzsicherung gelangt, erfolgt ein Schmelzen des Draht- oder Bandelements, und es werden ein oder mehrere Lichtbogen zwischen den freien Enden des aufgetrennten Elements erzeugt. Die Lichtbogen treten in einer gesteuerten Weise mit dem Füllmittel in Wechselwirkung, so daß bei dem mit dem fortschreitenden Zurückbrennen des Elements erfolgenden Verlängern der Lichtbogen ihr Widerstand stark ansteigt, bis der Strom so klein ist, daß die Lichtbogen nicht langer geführt werden können und schließlich zum Öffnen des Stromkreises gelöscht werden.

Verunreinigungen, wie Feuchtigkeit oder öl, im Inneren der Schmelzsicherung können zu deren Versagen entweder während oder nach ihrem Betrieb führen, und

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zwar beispielsweise durch Ausbilden eines zum schmelzbaren Element parallelen leitenden Pfades oder durch starkes Vergrößern der Druckstoßwelle infolge einer Energiefreigabe aufgrund der Verdampfung von Wasser oder öl. Dennoch werden solche Schmelzsicherungen gewöhnlich offen im Freien angeordnet oder in das öl eines Transformators eingetaucht. Die Unversehrtheit der Dichtung zwischen der Gehäusehülse und den Endkappen ist somit ein kritischer Faktor bezüglich einer Verhinderung des Versagens der Schmelzsicherung.

Eine gegenwärtige Type einer Abdichtung für Schmelzsicherungen wird so hergestellt, daß eine elastische Abdichtung zwischen die Gehäusehülse und eine metallische Endkappe gebracht wird, wobei die letztere über den Endbereich der Hülse paßt und wobei dann die Kappenwandung zum Bilden einer Kompressionsdichtung fest gegen die elastische Abdichtung umgebogen wird. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß keine Endkappen benutzt werden können, die zum Bilden eines Gehäuses mit konstantem Durchmesser in das Innere der Hülse passen. Ein Gehäuse mit gleichbleibendem Durchmesser ist besser geeignet für Bajonett-Schmelzsicherungshalter, und außerdem liegt eine bessere Ausnutzung des Raums im Inneren der Schmelzsicherungsenden vor. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß keine feste Abdichtung vorliegt, da die Kappe hauptsächlich durch die Reibung zwischen sich und der Abdichtung sowie der Abdichtung und den Hülsenoberflächen gehalten wird. Der Druck der in der Schmelzsicherung erzeugten Gase kann ausreichen, um die Reibungskräfte zu überwinden und die Kappe von dem Ende wegzustoßen. Ein weiterer und noch erheblicherer Nachteil einer solchen Kompressionsdichtung besteht darin, daß beim Eintauchen der Schmelzsicherung in Transformatoröl dieses unter der Abdichtung entlang sehr kleiner Oberilächenmängel in der Hülse einsickern kann,, die in typischer Weise aus einer glasfaserverstärkten Epoxyharz zusammensetzung besteht.

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Eine andere bekannte Dichtungstype ist eine solche, bei der die Kappen fest an der Hülse angebracht sind, und zwar durch mechanische Mittel, wie durch Bolzen bzw. Stifte, die durch die Hülse sowie die Kappe greifen, wobei dann das gesamte Ende der Schmelzsicherung mit Epoxyharz ummantelt wird. Es wurde jedoch festgestellt, daß ein Wärmezyklus zu einer Rißbildung der ummantelung bzw. Verschalung führen kann, woraus sich ein öffnen bzw. Brechen der Abdichtung ergibt.

Eine weitere Type einer gegenwärtig für Schmelzsicherungen benutzten Abdichtung ist eine solche, bei der der gesamte Körper der zusammengebauten Schmelzsicherung bis auf die Anschlüsse mit einem Epoxymaterial ummantelt bzw. verschalt wird, das speziell formuliert bzw. angesetzt ist, um einen thermischen Expansionskoeffizienten zu haben, der eng an denjenigen der Gehäusehülse angepaßt ist. Schmelzsicherungen mit einer solchen Abdichtung sind beispielsweise im US-Patent 3 723 93o beschrieben. Während ummantelte Schmelzsicherungen dieser Art zufriedenstellend arbeiten, sind ihre Herstellungskosten wegen der zum Zubereiten und Anbringen der Epoxyummantelung erforderlichen speziellen Behandlungsschritte relativ groß. Eine Verminderung der Kosten für die Behandlungsvorgänge durch eine Automatisierung würde jedoch eine in bezug auf das Ausmaß des diesbezüglichen Gesamtmarktes zu große Anlage bzw. Investition erforderlich machen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer zweckmäßigen Abdichtung der genannten Art sowie eines entsprechenden Verfahrens.

Erfindungsgemäß wird eine feste hermetische Abdichtung zwischen zwei ineinanderschiebbaren Gliedern dadurch hergestellt, daß ein aushärtbarer Klebstoff in einen ringförmigen Raum zwischen den Gliedern eingespritzt wird.

Der Klebstoff sorgt für eine feste und hermetische Abdichtung der Glieder. Der InjektionsVorgang

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stellt ein wirksames Benetzen der Oberfläche der Glieder durch den Klebstoff sicher, so daß eine Bindung erzielt wird, die ausreichend fest ist, um einem Temperaturzyklus der Glieder mit bedeutend unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten zuverlässig widerstehen zu können.

Die Endkappen einer elektrischen strombegrenzenden Schmelzsicherung werden durch Einschieben im Endbereich einer Gehäusehülse eingepaßt bzw. angeordnet und gegenüber der Innenwandung an zumindest zwei, voneinander unter Abstand angeordneten Stellen abgedichtet, um zwischen der zylindrischen Kappenaußenfläche und der zylindrischen Innenfläche der Gehäusehülse einen ringförmigen Raum abzutrennen. Ein aushärtbarer Klebstoff füllt den Ringraum, um die Kappe fest mit dem Gehäuse zu verbinden und eine haltbare hermetische Abdichtung zu bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Abdichtung umfaßt folgende Verfahrensschritte: Zusammensetzen zweier zylindrischer Werkstücke durch teleskopartiges Ineinanderschieben; Anordnen von zumindest zwei Dichtungen zwischen den Werkstükken, um zwischen den Dichtungen einen Ringraum zu begrenzen; Einspritzen eines aushärtbaren Klebstoffs durch eine Injektionsöffnung in einem der Zylinder in die ringförmige Aussparung, während eine Entlüftung durch eine Abströmöffnung erfolgt; und Ausheizen bzw. Erhitzen zum Aushärten des Klebstoffs.

Die Erfindung wird'nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Schmelzsicherung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei gemäß der Darstellung eine Endkappe in bezug auf eine Gehäusehülse abgedichtet ist, und

Figur 2 - in einer perspektivischen Explosionsdarstellung verschiedene Teile der Endkappe aus Figur 1.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische strombegrenzende Schmelzsicherung gemäß den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen. Die Schmelzsicherung Io ist in einer Epoxydglas-Gehäusehülse 12 eingekapselt, welche an einem Ende durch eine Gußbronze-Endkappe 14 verschlossen ist. Die letztere ist mit einem Anschlußgrundglied 16 und einer Füllöffnung 18 versehen. Das andere Ende der Schmelzsicherung 1o ist durch eine Gußbronze-Endkappe 2o verschlossen, die mit einem Verbindungs- bzw. Anschlußbolzen 22 und einer Auslaßöffnung 24 versehen ist.

Die Endkappen 14 sowie 2o sind gegenüber der Innenseite der Hülse durch einen in Figur 1 nur für die Endkappe 2o dargestellten ringförmigen sowie aushärtbaren Klebstoff-Dichtungsaufbau abgedichtet. Am Außenumfang der Endkappe 2o ist diese mit einer äußeren O-Ringnute 26 und einer inneren O-Ringnute 28 ausgebildet. Zwischen den Nuten 26, 28 befindet sich eine ringförmige Aussparung bzw. Vertiefung 3o, die mit einer unter Wärmeeinfluß aushärtbaren Einkomponenten-Epoxy-Klebstoffzusammensetzung 32 gefüllt ist, um die Kappe 2o mitder Innenfläche der Hülse 12 der Schmelzsicherung zu verbinden.

Auf der innenseitigen Oberfläche der Endkappe

2o ist ein Stützgitter 38 aus geflochtenem Aluminiumdraht

'geordnet, auf dem ein keramisches Faserfilterkissen ruht. Ein Kupferelementverbindungsglied 42 ist am innenseitigen Umfang der Endkappe 2o angelötet. Am Verbindungsglied 42 ist ein Ende eines keramischen Stützkerns 44 befestigt, um den ein schmelzbares perforiertes Silberbandelement 46 spiralig gewunden ist. Der gesagte Innenraum der Schmelzsicherung 1o ist mit einem

• ■ j_ <-,·-,· · >fii°xidsand.._. , , . _. ,_ . gerexnigten Silizium! /48 gefüllt, der eine Siebfeinheit entsprechend einer Maschenweite von o,42 mm (4o-

, . . . . . . _n . .. vSiliziuindioxid

mesh) hat und mit kolloidalem I

selbsttragenden bzw. eigenstabilen Gefüge gebunden ist. Der Klebstoff 32 wird durch ein neues Verfahren in die ringförmige Aussparung 3o eingefüllt. Nachdem

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die Endkappe 2o in das stirnseitige Ende der Hülse 12 eingefügt worden ist, wird der Klebstoff 32 durch eine in der Hülse 12 ausgebildete Injektionsöffnung 34 mit einem Durchmesser von etwa 3,1 mm bei einem Druck von etwa 65 Atmosphären eingespritzt, wobei die verdrängte Luft durch eine mit einem Durchmesser von etwa o,o16 mm ausgebildete Abströmöffnung 36 an der entgegengesetzten Seite^der Hülse 12 austritt. O-Ringe 37, die in die Nuten 26 sowie 28 eingesetzt wurden, bevor ein Einführen der Kappe 2o in die Hülse 12 erfolgte, sorgen für ein Einschließen bzw. Halten des Klebstoffs 32 in der Aussparung 3o. Die Schmelzsicherung 1o wird später bei etwa 125 C während etwa 2 Stunden ausgeheizt bzw. getrocknet, und in dieser Zeit erfolgt ein Abbinden bzw. Aushärten des Klebstoffs.

Der für das Injizieren bzw. Einspritzen des Klebstoffs 32 benutzte große Druck führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Benetzung der Oberflächen durch den Klebstoff 32 und deshalb im Ergebnis zu einer außergewöhnlich festen Bindung, die den Zusammenhalt trotz beträchtlicher Differenzen bezüglich des thermischen Expansionskoeffizienten der Kappe 2o und der Hülse 12 unter thermischen Zyklusbedingungen, wie sie im Inneren eines Transformators auftreten, aufrechterhalten kann. Es wurde festgestellt, daß die Benetzung der Oberflächen im Inneren der Aussparung 3o durch den Klebstoff 32 weiter verbessert wird, wenn die Oberflächen kurz vor dem Zusammenfügen der Kappe 2o und der Hülse 12 gereinigt und beispielsweise durch Sandbestrahlung geschliffen werden.

Eine Alternative zur äußeren O-Ringnute 26 der Endkappe 2c besteht darin, um die Schulter der Kappe einen Flansch bzw. Rand vorzusehen bzw. auszubilden, der gegen die Endwandungs- bzw. Stirnfläche der Hülse 12 stöL und hierdurch den Klebstoff 32 während des Einspritzvorgangs einschließt.

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Der jeweils benutzte Klebstoff muß ein solcher sein, der seine Bindungsfestigkeit während eines normalen thermischen Zyklus von -4o C bis +14o C beibehält. Er muß unter Wärme aushärtbar und in seiner ungehärteten Form ausreichend plastisch sein, um in die erwähnte Aussparung eingespritzt werden zu können, ohne daß der Injektionsdruck ein Zerbrechen der zu verbindenden Glieder begründet.

Während sich die vorliegende Dichtung und das entsprechende Dichtungsverfahren besonders für strombegrenzende Schmelzsicherungen eignen, ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung nicht hierauf beschrankt, sondern ziemlich allgemein aufzufassen ist. Die Erfindung umfaßt allgemein das Begrenzen eines ringförmigen abgeschlossenen Raums zwischen zwei ineinandergeschobenen Gliedern und das Einspritzen eines aushärtbaren Klebstoffs in diesen Raum. Der Raum kann durch ein oder mehrere elastische Abdichtungen oder durch feste Abdeckstreifen bzw. Stege begrenzt sein, wie durch ringförmig erhöhte Flansche bzw. Ränder oder ähnliche Mittel, um den Klebstoff während des Einspritzens in dem Raum einzuschließen. Dieser kann eine Aussparung in einem oder beiden Gliedern sein.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das Erfordernis der Abström- bzw. Entlüftungsöffnung eliminiert werden kann, indem der Raum zwischen den Gliedern vor dem Einspritzen des Klebstoffs evakuiert wird.

- Ansprüche -

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Claims (11)

1. Ansprüche

   rl. !Elektrische Vorrichtung mit einem ersten zylindrischen Teil V_yals Gehäuse und einem zweiten zylindrischen Teil, das teleskopartig in das Gehäuseteil paßt, wobei dazwischen eine Dichtung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Innenfläche des ersten Teils (12) und der Außenfläche des zweiten Teils (14; 20) wenigstens ein elastisches Dichtungselement (37) angeordnet ist, das ein Ende eines Ringraumes (30) zwischen den zwei Teilen (12, 14; 20) bildet, und daß ein aushärtbarer Klebstoff (32) den Ringraum (30) ausfüllt und die zwei Teile fest miteinander verbindet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Teile (12, 14; 20) im wesentlichen Kreiszylinder sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Teil (12) eine kreisrunde Gehäusehülse einer elektrischen Schmelzsicherung und das zweite Teil (14; 20) eine Endkappe ist, die durch Einschieben in ein Ende des ersten Teiles (12) eingepaßt und mit zwei ringförmigen elastischen Abdichtungen (37) zum Einschließen des Klebstoffs (32) in dem ringförmigen Raum (30) versehen ist,
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Endkappe (14; 20) mit zwei ringförmigen Dichtungsaufnahmenuten (26, 28) versehen ist und die Abdichtungen (37) 0-Ringe sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der aushärtbare Klebstoff (32) ein strukturelles Epoxydharz ist, das seine Bindungsfestigkeit vrährend eines thermischen Zyklus von etwa -40 ⁰C bis etwa +140 ⁰C aufrechterhalten kann.

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6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Endkappe (Ik; 20) eine feste Außenschulter, die an ihrem an die Gehäusehülse angrenzenden Zustand eine Abdichtung bildet, und zusätzlich eine innere Dichtung hat, die von einem elastischen Dichtungsring (37) zwischen den inneren und äußeren Gliedern gebildet ist.
7. 7. Verfahren zum hermetischen Abdichten zweier durch Einschieben zusammengesetzter zylindrischer Teile, dadurch gekennzeichnet , daß ein ringförmiger Raum zwischen den Teilen abgedichtet und ein aushärtbarer Klebstoff durch eine Injektionsöffnung in einem der Teile in den ringförmigen Raum eingespritzt werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet , daß beim Einspritzen gleichzeitig Luft aus dem Raum durch eine Abström- bzw. Entlüftungsöffnung in einem der Teile austritt, wobei sich diese Öffnung an einer der Injektionsöffnung im wesentlichen gegenüberliegenden Stelle befindet.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Einspritzen bei einem Druck von zumindest etwa 50 Atmosphären erfolgt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Einspritzen über eine Injektionsöffnung mit einem Durchmesser von etwa 3,1 mm und das Entlüften über eine Abströmöffnung mit einem Durchmesser von etwa 0,016 mm durchgeführt werden.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Teile nach dem EinspritzVorgang bei etwa 125 °C während etwa 2 Stunden ausgeheizt bzw. getrocknet werden, um den Klebstoff auszuhärten«

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