DE2641686A1 - Dichtungsanordnung zwischen ineinanderschiebbaren zylindern und verfahren zum herstellen - Google Patents
Dichtungsanordnung zwischen ineinanderschiebbaren zylindern und verfahren zum herstellenInfo
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Description
1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.
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)
- Ansprücherl. !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. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Teile (12, 14; 20) im wesentlichen Kreiszylinder sind.
- 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. 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. 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.709816/0748
- 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. 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. 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. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Einspritzen bei einem Druck von zumindest etwa 50 Atmosphären erfolgt.
- 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. 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«709816/0748
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