DE2837662A1 - Hermetisch dichter klemmenverteiler und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Hermetisch dichter Klemmenverteiler und Verfahren zu

seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen hermetisch dichten Klemmenverteiler, insbesondere einen Klemmenverteiler, der Relativunterschiede der Wärmedehnungskoeffizienten zwischen einem Gehäuse und einer Klemme ausnutzt, welche den Verteiler bilden, um zwischen ihnen eine Leckabdichtung zu erzielen.

Klemmenverteiler, die normalerweise mindestens eine in einem nichtleitenden Gehäuse verkapselte leitende Klemme umfassen, werden für viele Änwendungt ι eingesetzt. In vielen Fällen muß zwischen der Klemme und dem Gehäuse eine Leckdichtung vorhanden sein, um den Austritt von Strömungsmitteln auf der Grenzfläche zwischen Gehäuse und Klemme zu verhindern. Klemmenverteiler werden beispielsweise in hermetisch oder halb hermetisch verschlossenen Verdichtern verwendet. Diese Kompressoren werden meist bei mechanischen Klima- oder Kühlanlagen eingesetzt. Der Klemmenverteiler muß hermetisch dicht sein, um ein Entweichen des Kühlmittels vom Kompressor an die Umgebung zu verhindern.

Wenn bisher der Klemmenverteiler aus einer in einem einstückigen Preßgehäuse verkapselten Klemme gebildet wurde, war es äußerst schwierig oder auch kostspielig, eine Leckdichtung auszuformen. Die Schwierigkeit, eine Strömungsmitteldichtung zwischen dem Gehäuse und der Klemme zu erzielen, lag im relativen Unterschied

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zwischen dem Wärmedehnungskoeffizienten des elektrisch nicht leitenden Gehäuses und der elektrisch leitenden Klemme.

Ein bisher angewandtes Verfahren bei dem Versuch, eine Leckdichtung auszubilden, umfaßte den Einsatz einer Reihe von axial im Abstand angeordneten kreisförmigen Ringen auf der Klemme, um den Weg, der durch die Grenzfläche zwischen Gehäuse und Klemme gebildet wird, zu verlängern. Dies war keine vollkommen zufriedenstellende Lösung, da die ringförmigen Nuten, obwohl sie ähnlich wie ein Labyrinthring funktionieren, den Strömungsmittelfluß zwar herabsetzen, jedoch nicht vollständig verhindern konnten.

Ein anderes Verfahren, eine Leckdichtung zu erzielen, verwendete eine Elastomerdeckschicht über die axiale Länge der Klemme an der Grenzschicht zwischen Klemme und Gehäuse. Die Deckschicht soll mit relativen Unterschied zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten des Gehäuses und der Klemme bei einem Versuch ausgleichen, eine Leckdichtung in der Grenzschicht zwischen Gehäuse und Klemme zu erhalten. Die Deckschicht wird im wesentlichen mit der Klemme und dem Gehäuse verklebt und dehnt sich, wenn sich Gehäuse und Klemme gegeneinander während einer Erwärmung und anschließenden Abkühlung bewegen. Die Haftung der Deckschicht an Klemme und Gehäuse bleibt selbst dann erhalten, wenn sie gedehnt wird, um eine leckdichte Passung zwischen Klemme und Gehäuse einzubehalten. Ein Beispiel für eine vorstehend beschriebene Anordnung gibt das US-Patent Nr. 3 486 084. Obwohl diese Anordnung einwandfrei arbeitet, ist die Verwendung von Elastomerdeckschichten an den Klemmen, wie sie in den angezogenen Patentschrift beschrieben werden, ein verhältnismäßig teueres Verfahren. -8-

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Erfindungsgemäß wird dagegen der relative Unterschied der Wäriuedehnungskoeffizienten ausgenützt, um eine Dichtung zu erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen leckdichten Klemmenverteiler zu schaffen. Erfindungsgemäß ist ein Klemmenverteiler vorgesehen, welcher die Druckkräfte ausnützt, die durch die Zusammenziehung eines elektrisch leitenden Werkstoffes entwickelt werden, um eine Leckdichtung auf der Grenzfläche zwischen Klemme und Gehäuse herzustellen. Weiter soll erfindungsgemäß ein Klemmenverteiler mit einem elektrisch nicht leitenden Preßgehäuse geschaffen werden, in welchem eine elektrisch leitende Klemme verkapselt ist, wobei die durch den relativen Unterschied zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten des Gehäuses und der Klemme entwickelten Kräfte eine Leckdichtung hervorbringen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll ein hermetisch dichter Klemmenverteiler geschaffen werden, der verhältnismäßig billig ist.

Diese und andere Vorteile der Erfindung werden bei einem hermetisch dichten Klemmenverteiler mit einem Gehäuse erreicht, das aus elektrisch nicht leitendem Preßstoff gefertigt ist und einen verhältnismäßig kleinen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist. In dem Gehäuse ist mindestens eine elektrisch leitende Klemme mit einem verhältnismäßig großen Wärmedehnungskoeffizienten verkapselt. Die Klemme umfaßt mindestens zwei axial im Abstand voneinander angeordnete Radialflächen, die jeweils in inniger Berührung mit gegenbüerliegenden Radialflächen im Gehäuse stehen. Der relative Unterschied zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten des Gehäuses löst bei den RadialfMchen der Klemme eine gegen die

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gegenüberliegenden Flächen des Gehäuses gerichtete Druckkraft aus, wenn der Verteiler einer verhältnismäßig hohen Temperatur ausgesetzt und anschließend abgekühlt wird. Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Klemmenverteiler, der in normaler Anwendungsform eine leckdichtende Strömungsmitteldichtung braucht;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Einzelheit eines Klemmenverteilers des früheren Standes der Technik;

Fig. 3 einen Querschnitt einer Einzelheit einer zweiten Ausführungsform eines Klemmenverteilers auf den früheren Stande der Technik;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Einzelheit eines erfindungsgemäßen Klemmenverteilers;

Fig. 5 eine weitere Einzelheit im Querschnitt eines erfindungsgemäßen Klemmenverteilers;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Einzelheit eines abgeänderten Klemmenver tilers;

Fig. 7 eine Ansicht wie die der Fig. 6 mit einer weiteren Darstellung des abgeänderten Klemmenverteilers.

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Die Erfindung betrifft einen Klemmenverteiler mit einer Leckdichtung an der Grenzfläche zwischen Klemme und Gehäuse, welche den Klemmenverteiler bilden. Klemmenverteiler dienen verschiedenen Anwendungen, in. denen der Verteiler eine Leckdichtung besitzen muß, um das Ausfließen von Strömungsmittel von einer Seite des Verteilers zur anderen zu verhindern. Beispielhaft für diese Anwendung ist ein Klemmenverteiler in einen hermetisch oder halbhermetisch verschlossenen Kühlmittelverdichter. Insbesondere dient der Verteiler bei solchen Anwendungen zur Übertragung elektrischer Energie von einer entfernten Quelle zu den elektrischen Leitungen im Verdichtergehäuse. Wenn sich der Druck des Kühlmittels durch die Arbeit des Verdichters wesentlich erhöht, muß der Klemmenverteiler eine Leckdichtung besitzen, um ein Entweichen des Kühlmittels vom Verdichter an die Umgebung zu verhindern.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Klemmenverteiler bei normalem Einsatz, beispielsweise bei einem Kühlmittelverdichter 12. Der Verteiler soll elektrische Energie oder Spannung von einer äußeren Quelle an die elektrischen Leitungen eines elektrisch betriebenen Gerätes liefern und verteilen. Normalerweise ist eine Anzahl von Klemmen in einem gemeinsamen Gehäuse verkapselt. Anschlußenden 16 der Klemmen 18 sollen mit den inneren elektrischen Leitungen (nicht gezeigt) passend verbunden werden. Im allgemeinen sind die Klemmen gleichmäßig am Umfang des Gehäuses verteilt. Der Verteiler 10 ist an einer geeigneten Fläche 14 des Verdichters befestigt.

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Fig. 2 zeigt einen Klemmenverteiler 20 des früheren Standes der Technik. Er umfaßt ein aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff wie einem wärmehärtendem Harz geformtes Gehäuse. Das Gehäuse umschließt im wesentlichen mindestens eine Klemme 24, die aus einem elektrisch leitendem Werkstoff wie Kupfer gebildet ist. Damit kein Strömungsmittel von einer Seite 26 des Klemmenverteilers 20 auf die andere Seite 28 längs der Grenzfläche 29 zwischen Gehäuse und Klemme entweichen kann, wird die Längedes durch diese Grenzfläche gegebenen Leckweges dadurch erheblich vergrößert, daß eine Reihe von in Abstand zueinander angeordneten ringförmigen Nuten 25 und 27 aus der Klemme 24 ausgeformt ist. Diese Nuten werden durch kreisförmige Ringe 23 gebildet. Im allgemeinen sind die Ringe nahe dem Mittelpunkt der Klemme 24 angeordnet. Die Nuten funktionieren ähnlich einem Labyrinthring, da sie den Fluß des Strömungsini ttels behindern, indem sie einen erheblichen strömungsabwärts gerichteten Druck erzeugen, den das Strömungsmittel überwinden muß. Dieses Verfahren, eine Leckdichtung zu schaffen, war nicht vollkommen zufriedenstellend, das Entweichen von Strömungsmittel längs der Grenzfläche 29 zwischen Klemme und Gehäuse verhindern .

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines Klemmenverteilers 30 nach einer anderen Ausführungsform des früheren Standes der Technik. Der Verteiler 30 umfaßt eine Gehäuse 31 von ähnlichem Aufbau wie das Gehäuse 22. Eine Klemme 32 ist im wesentlichen im Gehäuse verkapselt. Die Klemme 32 besitzt einen Elastomerbelag 34 auf ihrer axialen Länge an der Grenzfläche 36 zwischen Klemme und Gehäuse. Die Elastomerschicht soll an der Klemme sowie am Gehäuse

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kleben und gleicht die Kräfte aus, die durch unterschiedlichen Schwung oder Schrumpfung zwischen Klemme und Gehäuse infolge des relativen Unterschiedes der Wärmedehnungskoeffizienten von Gehäuse und Klemme erzeugt werden. Der Elastomer dehnt sich während der unterschiedlichen Schrumpfungen, bleibt jedoch an der Klemme und am Gehäuse haften und bildet zwischen beiden eine Leckdichtung. Obwohl solche Klemmen mit guten Ergebnissen eingesetzt wurden, ist ihre Herstellung noch relativ teuer.

Fig. 4 zeigt ein Detail eines erfindungsgemäßen Klemmenverteilers. Der Klemmenverteiler 40 umfaßt ein Gehäuse 41 aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, beispielsweise einem wärmehärtendem Harz. Ein besonders einwandfreies und die Forderungen der Anwendung erfüllendes Harz wird von von der General Electric Company hergestellt und unter dem Handelsnamen "GENAL 12983E" verkauft. Dieses Material erwies sich als äußerst geeignet für das Pressen und besitzt auch einen verhältnismäßig kleinen Wärmedehnungskoeffizienten, was äußerst vorteilhaft für die erfindungsgemäßen Zwecke ist, wie nachstehend näher erläutert wird.

Das Gehäuse 41 umschließt im wesentlichen eine elektrisch leitende Klemme 42. Obwohl nur eine Klemme gezeigt ist, sei bemerkt, daß dn der Praxis zwei, drei oder mehrere Klemmen verwendet werden können.

Die Klemme 42 umfaßt zwei axial im Abstand zueinander angeordnete kreisförmige Ringe 44, 46. Die Ringe sind verhältnismäßig nah an einem der beiden Klemmenenden ausgebildet, um den axialen Abstand

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zwischen ihnen so groß wie möglich zu halten. Die Ringe 44, 46 umfassen sich radial erstreckende Flächen 48, 50, die einander zugekehrt sind. Während des Preßvorganges werden radiale Flächen 52 und 54 des Gehäuses 41 in Berührung mit den Radialflächen 48, 50 ausgeformt. Der Wärmedehnungskoeffizient der Klemme 42 ist in Vergleich zum Wärmedehnungskoeffizienten des Gehäuses 41 verhältnismäßig groß.

Während des Preßganges für die Herstellung des Klemmenverteilers 40 wird das Gehäuse 41 um die Klemmen 42 herum ausgeformt. Die Preßtemperatur, d.h. die Temperatur auf welche die Preßform erwärmt wird, beträgt normalerweise 275 bis 300 F (135 bis 148,8°C). Die Klemme, die so angeordnet ist, daß zwischen Preßform und ihr eine Wärmeübertragung stattfindet, wird erwärmt, wobei sie sich ausdehnt. Das das Gehäuse bildende Harz gelangt an die Preßform bei etwa 320 F (160⁰C). Da die Klemme einen verhältnismäßig großen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, dehnt sie sich aus oder wird etwas vergrößert, wenn sie der hohen Preßtemperatur ausgesetzt ist. Das das Gehäuse bildende Material fließt um die Klemme herum wenn sich diese ausdehnt. Wenn der Klemmenverteiler auf Raumtemperatur abgekühlt wird, ziehen sich Klemme und Gehäuse zusammen, wobei die Klemme viel stärker schrumpft als das Gehäuse. Somit bewegen sich die Radialflächen 48 und 50 der Klemme 42 im wesentlichen aufeinander zu, und entwickeln eine Druckkraft, die gegen die gegenüberliegenden Radialflächen 52, 54 des Gehäuses gerichtet ist. Es zeigte sich, daß eine Druckkraft über 190 Pfund (86,26 kg) als Ergebnis des Schrumpfens der Klemme während der Abkühlung erzeugt wird. Die so erzeugte Druckkraft entwickelt

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eine Leckdichtung an der Grenzfläche zwischen Gehäuse und Klemme. Die kreisförmigen Ringe 44, 46 sind axial soweit wie möglich voneinander abstehend angeordnet, damit sich die Ringe in axialer Richtung über einen Maximalweg aufeinander zu bewegen können, um eine verhältnismäßig große Druckkraft zu erzeugen. Im wesentlichen ändert sich die Druckkraft direkt proportional zum axialen Abstand zwischen den Ringen 44, 46.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die radialen lichten Weiten zwischen dem Gehäuse und der Klemme ein Ergebnis des Unterschiedes zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten auftreten können. Die

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radialen lichten Weiten sind durch/Kennzeichen 60 und 62 angegeben. In äußersten Fällen können sie kleine Mengen von Strömungsmitteln durchlassen. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann ein entsprechender Belag 66 zwischen die radialen Flächen 52, des Gehäuses und der zugeordneten kreisförmigen Ringe angebracht werden. Dies ist in Fig. 6 dargestellt. Während der Abkühlung, die eine Schrumpfung der Klemme 42 gegenüber dem Gehäuse 41 und die Erzeugung einer dichtenden Druckkraft bewirkt, wird der anpassungsfähige Belag ausgepreßt, um den radialen lichten Raum teilweise aufzufüllen. Dies ist in Fig. 7 gezeigt.

Durch Ausnützung der als Ergebnis des Unterschiedes der Wärmedehnungskoeffizienten zwischen dem nicht leitenden Gehäuse und der leitenden Klemme erzeugten Kräfte erhält man einen Klemmen-

und
verteiler, der leckdicht/verhältnismäßig billig in der Herstellung

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Außer dem bevorzugten vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Leerseite

Claims (12)

Hermetisch dichter Klemmenverteiler und Verfahren zu seiner Herstellung Patentansprüche

1.) Hermetisch dichter Klemmenverteiler, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (41) aus einem gepreßten wärmehärtenden Stoff mit einem verhältnismäßig kleinen Wärmedehnungskoeffizienten geformt wird, daß mindestens eine elektrisch leitende Klemme (42) mit einem verhältnismäßig großen Wärmedehnungskoeffizienten im wesentlichen im Gehäuse (41) eingekapselt ist und mit mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten kreisförmigen Ringen (44,46) versehen ist, die im wesentlichen an den beiden Enden der Klemme (42) angeordnet sind, ferner dadurch, daß jeder Ring (44,46) eine sich radial erstreckende Fläche (48,50) besitzt, die dem anderen Ring zugekehrt ist und

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mit einer am Gehäuse (41) ausgeformten gegenüberliegenden Radialfläche (52,54) in Berührung steht, sodann dadurch, daß der relative Unterschied zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten des Gehäuses (41) und der Klemme (42) bewirkt, daß die Radialflächen (48,50) der kreisförmigen Ringe (44,46) eine Druckkraft auf die gegenüberliegenden Flächen (52,54) des Gehäuses (41) ausüben, wenn die Klemme (42) und das Gehäuse (41) einer verhältnismäßig warmen Temperatur ausgesetzt sind und anschließend abgekühlt werden.

2. Hermetisch dichter Klemmenverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elastomerschicht (66) zwischen dem sich gegenüberliegenden Flächen der kreisförmigen Ringe (48) und dem Gehäuse (41) angeordnet wird, sowie dadurch, daß die Druckkraft die Schicht zwischen den Flächen zusammenpreßt.

3. Hermetisch dichter Klemmenverteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum (60,62) zwischen sich gegenüberliegenden Radialflächen des Gehäuses (41) und der Klemme (42) infolge des relativen Unterschiedes zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten geschaffen wird sowie dadurch, daß die Elastomerschicht (66) durch die Druckkraft herausgepreßt wird, um den Raum (60,62) in der Nähe des kreisförmigen Rings (48) aufzufüllen ο

4. Verfahren zur Ausformung eines hermetisch dichten Klemmenverteilers mit einem aus einem Werkstoff mit verhältnismäßig kleinem Wärmedehnungskoeffizienten gebildeten Gehäuse sowie

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mindestens einer elektrisch leitenden Klemme mit einem verhältnismäßig großen Wärmedehnungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme erwärmt wird, um sie auszudehnen, daß das Gehäuse um die ausgedehnte Klemme herum bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur gepreßt oder gespritzt wird, um die Klemme im wesentlichen im Gehäuse einzukapseln sowie dadurch, daß zwischen sich gegenüberliegenden Radialflächen des Gehäuses und der Klemme durch Abkühlung des Gehäuses und der Klemme eine Druckkraft entwickelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen oder Spritzen bei etwa 32O°F (160°C) erfolgt sowie dadurch, daß daß Gehäuse und die Klemme auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden.

6. Verfahren zur Ausformung eines hermetisch dichten Klemmenverteilers nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine anpassungsfähige Schicht (66) zwischen den sich gegenüberliegenden Radialflächen des Gehäuses und der Klemme angeordnet wird sowie dadurch, daß diese anpassungsfähige Schicht durch die durch die Abkühlung des Gehäuses und der verkapselten Klemme entwickelte Druckkraft herausgepreßt wird.

7. Verfahren zur Ausformung eines hermetisch dichten Klemmenverteilers mit einem elektrisch nicht leitenden Gehäuse mit einem verhältnismäßig kleinen Wärmedehnungskoeffizienten und einer elektrisch leitenden Klemme mit einem verhältnismäßig großen Wärmedehnungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß an

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der Klemme zwei im Abstand zueinander angeordnete kreisförmige Ringe angeordnet sind, daß die Klemme erwärmt wird, um sie auszudehnen, ferner dadurch, daß ein wärmehärtendes Harz auf die Klemme bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur aufgepreßt oder aufgespritzt wird, um ein Gehäuse zu bilden, das im wesentlichen die Klemme einkapselt, weiter dadurch, daß die eingekapselte Klemme und das Gehäuse angekühlt werden, um zwischen sich gegenüberliegenden Flächen der kreisförmigen Ringe und dem sie umschließenden Harz infolge der gegenüber dem Gehäuse verhältnismäßig großen Schrumpfbewegung eine Druckkraft zu erzeugen.

8.Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Preß- oder Spritzgang bei etwa 32O°F (160°C) vollzogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine anpassungsfähige Schicht (66) auf den Radialflächen der kreisförmigen Ringe aufgebracht wird sowie dadurch, daß diese Schicht nicht die zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen des Ringes und des Gehäuses erzeugten Druckkraft herausgepreßt wird .·

10. Hermetisch dichter Klemmenverteiler, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse aus einem elektrisch nicht leitendem Werkstoff mit einem verhältnismäßig kleinen Wärmedehnungskoeffizienten ausgeformt wird, daß mindestens eine elektrisch leitende Klemme (42) mit einem verhältnismäßig großen Wärmedehnungskoeffizienten im Gehäuse (41) eingekapselt ist und sich gegen-

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überliegende im Abstand angeordnete Radialflächen (52,54) praktisch an ihren Enden umfaßt, ferner dadurch, daß die Flächen in inniger Berührung zu gegenüberliegenden Radialflächen (48,50) stehen, die am Gehäuse (41) ausgeformt sind, weiter dadurch, daß der relative Unterschied zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten des Gehäuses (41) und der Klemme (42) bewirkt, daß die Klemme (42) mehr schrumpft als das Gehäuse (41), wenn das Gehäuse (41) und die Klemme (42) einer relativ warmen Temperatur ausgesetzt worden sind und anschließend abgekühlt wurden, und schließlich dadurch, daß die Radialflächen (52,54) der Klemme (42) eine auf die gegenüberliegenden Radialflächen (48,50) des Gehäuses (41) einwirkende Druckkraft entwickeln.

11. Hermetisch dichter Klemmenverteiler nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet, daß eine anpassungsfähige Schicht (66) zwischen den sich gegenüberliegenden Radialflächen (52,54) und (48,50) der Klemme (42) und des Gehäuses (41) angeordnet ist, wobei die Druckkraft die Schicht (66) zwischen den Flächen auspreßt.

12. Hermetisch dichter Klemmenverteiler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum (60,62) zwischen den sich gegenüberliegenden Radialflächen (48,50) und (52,54) des Gehäuses (41) und der Klemme (42) infolge des relativen Unterschiedes zwischen dem Wärmedehnungskoeffizienten geschaffen wird sowie dadurch, daß die Elastomerschicht (66) durch die Druckkraft herausgepreßt wird, um den Raum teilweise auszufüllen.

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