DE3000204A1

DE3000204A1 - Mit einem teil aus waermerueckstellbarem memorymetall ausgestattete, zum verbinden von teilen dienende vorrichtung und verfahren zur anwendung dieser vorrichtung

Info

Publication number: DE3000204A1
Application number: DE19803000204
Authority: DE
Inventors: Edward Sargent Binkley
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1979-01-05
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1980-07-17
Also published as: NL8000055A; JPS6346959B2; FR2445753A1; IT8019045A0; FR2445753B1; GB2039654A; GB2039654B; CA1167224A; JPS5598481A; IT1196403B; BE880992A

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER

Patentanwälte

4. Januar 1980

Postanschrift / Postal Address Pottfach ΘΘΟΙΟΘ, ΘΟΟΟ München 8Ö

Plenzenauerstraöe 28

Telefon Θ8 3223

Telegramme: Chemlndus München Telex: CO) β 23ΘΘ2

MPO287

RAYCHEM CORPORATION
Menlo Park, Calif. 94025, V.St.A.

Mit einem Teil aus wärmerückstellbarem Memorymetall ausgestattete, zum Verbinden von Teilen dienende Vorrichtung und Verfahren zur Anwendung dieser Vorrichtung

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Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, die mit mindestens einem Substrat mit Hilfe eines wärmerückstellbaren Teils aus Memorymetall verbindbar sind»

Die auch als 'Memorylegierungen' bezeichneten 'Memorymetalle' sind bekanntlich metallische Werkstoffe, aus denen ein wärmerückstellbarer Gegenstand hergestellt werden kann, d.h» ein Gegenstand, der aus einer ursprünglichen, wärmestabilen Gestalt zu einer davon abweichenden wärmeunstabilen Gestalt umgeformt werden kann, die er beibehält, bis er über eine Temperatur hinaus (oder über einen schmalen Temperaturbereich hinweg) erwärmt wird, der als Übergangstemperatur bezeichnet wird, wobei er dann seine ursprüngliche Gestalt wieder annimmt oder wiederanzunehmen sucht» Der wärmerücksteilbare Gegenstand kehrt zu seiner ursprünglichen Gestalt zurück, ohne daß dazu die Einwirkung äusserer Kräfte erforderlich wäre.

Weitergehende Beschreibungen derartiger Metalle und ihrer Anwendungsmöglichkeiten finden sich in den US-Patentschriften 3 174 851, 3 351 463, 3 753 700, 3 759 552, 3 783 037, 4 019 925, 4 036 669, 4 067 752, 4 095 999 und in den britischen Patentschriften 1 327 441, 1 327 442, 1 395 601, 1 488 393, 1 420 682, 1 504 707, 1 553 427, 1 548 965, 1 554 431, 1 554 432 und 1 554 423; auf diese Beschreibungen wird ausdrücklich Bezug genommene

Vorrichtungen, die mit Hilfe eines Teiles aus ttfärmerückstellbarem Memorymetall an mindestens ein Substrat an-

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schließbar sind, sind bekannt, beispielsweise als Rohrverbindungen oder Steckerkupplungen für elektrische Leitungen. Derartige Vorrichtungen arbeiten unter bestimmten Umständen befriedigend, unter anderen weniger gut, z.B. wenn dünnwandige Rohre aus verhältnismässig weichem Metall verbunden werden müssen, etwa aus Aluminium oder Kupfer, und besonders dann, wenn die Rohre verhältnismässig hohen Fluiddrücken ausgesetzt sind, oder bei dem Verbinden bestimmter elektrischer Leitungen, wenn diese Leitungen, wie etwa Aluminiumleiter, mit einer dünnen Oxidschicht bedeckt sind*

Die Erfindung sieht danach eine Vorrichtung vor, die mit mindestens einem Substrat verbindbar ist und mindestens ein Teil aus wärmerückstellbarem Memorymetall besitzt, das bei der Rückstellung in der Lage ist, sich mit mindestens einer Oberfläche der Vorrichtung dichtend an das (die) Substrat(e) zu legen, wobei die genannte(n) Oberfläche(n) mindestens teilweise mit einer Schicht eines Dichtungsmittels belegt sind, in dem ein aus Partikeln bestehendes Füllmittel dispergiert ist, und wobei diese Füllmittel-Partikel bei der Rückstellung des Teils (der Teile) aus Memorymetall in das (die) Substrat(e) einzudringen vermögen.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zum Verbinden einer Vorrichtung mit mindestens einem Substrat und ist dadurch ausgezeichnet, daß mindestens eine Oberfläche der Vorrichtung neben das (die) Substrat(e) mit einer zwischengeschalteten Schicht eines Dichtungsmittels gebracht wird, in dem ein aus Partikeln bestehendes Füllmittel dispergiert ist, daß mindestens ein Teil aus wärmerückstellbarem Memorymetall vorgesehen itfird, welches

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Teil bei der Rückstellung die Oberfläche (n) der Vorrichtung sich dichtend an das (die) Substrat(e) legen und die Füllmittelpartikel in das (die) Substrat(e) eindringen läßt, und daß das (die) wärmerückstellbare(n) Teil(e) zur Herbeiführung des Wärmerückstellvorgangs erhitzt werden.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise mindestens ein nichtwärmerückstellbares Teil auf, das vorzugsweise plastisch verformbar ist und bei dem eine Oberfläche sich gegen das (die) Substrat(e) zu legen vermag, wobei das (die) wärmerückstellbare(n) Teil(e) als Treibelemente wirken und das (die) nicht-wärmerückstellbaren Teil (e) und das (die) Substrat(e) aufeinanderdrüoken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung die Form einer fluiddichten Kupplung, die eine Anzahl Rohre, insbesondere Weichmetallrohre, etwa aus Kupfer oder Aluminium, miteinander zu verbinden hat. Bei dieser bevorzugten Form wird ein hohles, nichtwärmeschrumpfbares "rohrförmiges" Teil mit der der Zahl der miteinander zu verbindenden Rohre entsprechenden Anzahl von Einlassen und Auslässen verwendet. (Der Begriff "rohrförmig" soll hier in weitestem Sinne verstanden werden; er umfaßt auch Teile mit unregelmäsEigem und/oder veränderlichem Querschnitt, Y-förmige, T-förmige und X-förmige Teile sowie Teile mit mindestens einem verschlossenen Ende; die Teile haben demnach nicht notwendigerweise die Form von geraden Zylindern). Wenn beispielsweise zwei miteinander fluchtende Rohre zu verbinden sind, wird am besten ein insgesamt lineares, rohrförmiges, nicht-wärmerückstellbares Teil zusammen mit einem aus Meraorymetall bestehenden, ebenfalls rohrförmigen Teil verwendet, das koaxial um das nicht-wärmerückstellbare Teil gelegt ist.

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Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung die Form eines elektrischen Steckers für eine Vielzahl elektrischer Leiter, z.B. aus Kupfer oder insbesondere aus Aluminium, vor allem für Hochspannungsleiter, etwa Sammelschienen in elektrischen Schaltgeräten. Bei dieser Ausführung ist eine Mehrzahl nicht-wärmeschrumpfbarer Hüllteile vorgesehen, die um die Enden der Leiter gelegt werden können und eine insgesamt rohrförmige Verbindungsanordnung bilden. Ferner ist eine Mehrzahl wärmeschrumpfbarer Teile aus Memorymetall in Form von Bändern oder Ringen vorgesehen, die als Treibelemente dienen, wobei jedes Treibelement um das Verbindungsorgan an einem Ende oder in der Nähe eines Endes des Organs gelegt ist, so daß die Rückstellung der Treibelemente zur Folge hat, daß das Verbindungsorgan die Leiter sicher festhält. Elektrische Stecker der Art, auf die die zweite Ausführungsform der Erfindung sich bezieht, sind in der noch schwebenden britischen Patentanmeldung Nr. 47370/78 beschrieben.

Die Wahl des Dichtungsmittels hängt von der jeweiligen Anwendungsart ab. Im Falle der Rohrverbindungen, bei denen im Betrieb hohe Drücke auftreten und das Hauptanliegen eine hohe Schubfestigkeit ist, besteht das Dichtungsmittel vorzugsweise aus einem Kleber, und zwar vor allem einem Kleber, der bei 25° C fest und nicht-klebrig ist und der beim Erhitzen erweicht, so daß bei der Zuführung von Wärme zum Auslösen der Wärmerückstellung der Kleber gleichzeitig weich wird und ins Fließen kommt. Besonderes Interesse finden die Kleber, die ausserdem hitzehärtbar sind und beim Erhitzen einer chemischen Umwandlung unterliegen, z.B. durch eine Vernetzungsreaktion, durch die die Klebeigenschaften des Klebers nach dem Abkühlen noch verbessert oder erst hervorgerufen sind.

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Besonders gute Resultate hat man bei der Anwendung von Epoxidharζsystemen erzielt»

Zu den brauchbaren härtbaren Epoxidharzen gehören Harze, die 5 bis 95 Gewichtsteile eines Epoxidharzes mit einem Epoxid-Xquivalenzgewicht von 100 bis 5000, vorzugsweise von 600 bis 800, z.B. ein Bisphenol-A-Epoxidharz, 5 bis 95 GeWo% eines Epoxidharzes mit mindestens 4 funktionellen Plätzen,, ZoB. ein Kresol-Novolac-Harz mit einem Epoxid-Äquivalenzgewicht von 200 bis 500, und eine im wesentlichen stöchiometrische Menge eines Härtungsmittels enthalten , ZoBo ein Phenolharz, vorzugsweise ein Bisphenol-A-Polymer mit einem Molekulargewicht von etwa 500, ein Anhydrid, ein Amin oder ein Amido Um die Biegsamkeit des Epoxidharzansatzes nach dem Härten zu verbessern, kann dem Ansatz eine kleine Menge, z.B. 5 bis 20 Gew.%, eines Butadien-Nitril-Kautschuks mit endständiger Carboxylgruppe ι der mit dem Epoxidharz reagiert und ein vernetzbares Pfropf-Copolymerisationsharz liefert, zugefügt werden. Der Kautschuk hat vorzugsweise ein Molekulargewicht zttfischen 3000 und 4000, z.B. ungefähr 3500, einen Ntrilanteil von 10 bis 27 S_? z.B. ungefähr 18 %, und eine Carboxylfunktionalität von 1^5 bis 3 je Molekül, z.B. ungefähr 2 je Molekül. Wenn man mit derartigen härtbaren Systemen arbeitet, muß die Erhitzung eine ausreichend lange Zeit nachdem der Kleber fließfähig geworden ist, fortgesetzt werden, um einen ausreichenden Härtungsgrad zu erzielen» Beispielsweise ist bei einem Epoxidharzsystem ein Aufheizen bis zu 3 Minuten auf 150 bis 250° C im allgemeinen zweckmässig.

Bei den elektrischen Steckern, bei denen es in erster Linie wichtig ist, eine gute elektrische Verbindung dadurch herbeizuführen, daß alle wenig leitenden oder nicht-

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leitenden Oberflächenschichten auf den zu verbindenden Leitern durchstoßen werden, insbesondere zähe Oxidschichten, z.B. bei Aluminiumleitern, kann ein beliebiges Dichtungsmittel benutzt werden, sofern es die Neubildung derartiger Oberflächenschichten verhindert, z.B. ein Dichtungsmittel, durch das Oxidationswirkungen z.B. durch Sauerstoff ausgeschlossen werden. Für elektrische Zwecke ist das benutzte Dichtungsmittel vorzugsweise elektrisch leitend. Das Dichtungsmittel kann ein zähflüssiger Mastix sein oder kann nach dem Aufbringen fließunfähig sein, z.B. zu den Arten gehören, die oben im Zusammenhang mit Rohrverbindungen beschrieben wurden, und kann in an sich bekannter Weise durch Zufügen von leitenden Füllmitteln elektrisch leitend gemacht werden..

Das Dichtungsmittel wird vorzugsweise auf die Oberfläche(n) des Teils aufgetragen, das mit dem Substrat in Kontakt kommen soll, es kann an der Grenzschicht aber in beliebiger Weise angebracht werden, z.B. als Beschichtung auf das (die) Substrat(e). Die Anfangsdicke der Dichtungsmittelschicht, d.h. vor dem Zusammenfügen der Vorrichtung, beträgt vorzugsweise 0,006 bis 0,075 mm (0,25 bis 3 mils), insbesondere 0,025 bis 0,044 mm (1 bis 1,75 mils). Nach der Rückstellung des aus Memorymetall bestehenden Teils hat die Stärke der Beschichtung erheblich abgenommen und beträgt beispielsweise ungefähr 0,0025 mm (0,1 mil). Vorzugsweise wird bei mindestens einer der Flächen, die mit dem Dichtungsmittel in Berührung kommen, eine Behandlung zur Verbesserung der Benetzbarkeit durch das Dichtungsmittel vorgenommen, z.B. zur Verbesserung der Adhäsion, wenn ein Klebemittel benutzt wird; als Behandlung ist z.B. Sandstrahlen geeignet.

Um die Ziele der Erfindung zu erreichen, muß das Partikel

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enthaltende Füllmittel örtliche Verformungen des Substrats (der Substrate) und vorzugsweise auch der Oberflache(n) der Vorrichtung herbeiführen, die das (die) Substrat(e) berührt (berühren), wenn die Oberfläche (n) und das (die) Substrat(e) mit dem Dichtungsmittel, z.B. dem durch Wärme erweichten Klebemittelansatz, zwischen der (den) Oberfläche(n) und dem (den) Substrat(en) in Kontakt kommen. Wenn die Schubfestigkeit von größter Bedeutung ist und ein Kleber verwendet wird, stellen die Füllmittelpartikel nach dem Zusammenfügen der Vorrichtung, d.h. bei fest gewordenem Kleber, eine Vielzahl von Verankerungen zwischen dem Kleber und mindestens einer der benachbarten Oberflächen dar, wodurch die Schubfestigkeit der Verbindung zwischen den Flächen erhöht wird. Besonder gute Ergebnisse sind zu erzielen, wenn einzelne Partikel des Füllmittels teilweise in die beiden nebeneinanderliegenden Flächen eingedrungen sind und auf diese Weise zwischen diesen Flächen eine blockierende Überbrückung herstellen. Aus diesem Grunde sind Füllmittel zu bevorzugen, bei denen die Partikel mindestens eine Längenabmessung größer als 0,0012 mm (0,05 mil), vorzugsweise größer als 0,025 mm (0,1 mil) haben. Andererseits wird die größte Abmessung der Füllmittelpartikel durch das Ausmaß der erzielbaren Rückstellung des wärmerückstellbaren Teils (und in einigen Fällen durch das Verfahren zur Herstellung der Klebmittelschicht) begrenzt; die größte lineare Abmessung der Füllmittelpartikel sollte daher vorzugsweise weniger als 0,125 mm (5 mils) betragen.

Wenn eine befriedigende elektrische Verbindung das wichtigste Ziel ist, sollten die Füllmittelpartikel nach dem Zusammenfügen der Vorrichtung die Oberflächenschichten, d.h. die Oxidschichten, auf dem Leiter durchstoßen haben. Vorzugsweise ist aber auch bei der Herstellung von elek-

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trischen Verbindungen der Vorteil der durch die Erfindung erzielbaren hohen Schubfestigkeit im Auge zu behalten, und daher sind die obengenannten Abmessungen der Füllmittelpartikel vorzugsweise auch für elektrische Verbindungen anzuwenden.

Die Füllmittelpartikel weisen vorzugsweise ein Längenverhältnis von kleiner als 2 auf, wenn sie die erwünschten Verankerungs- und Eindringeigenschaften haben sollen.

Die in der vorliegenden Erfindung angewandten Füllmittelpartikel müssen in das (die) Substrat(e) und vorzugsweise auch in die betroffene(n) Fläche(n) der Vorrichtung eingreifen. Zu diesem Zweck muß der Härtegrad des Füllmittels größer sein als derjenige des Substrats (der Substrate) und vorzugsweise auch der betroffenen Fläche(n) der Vorrichtung. Als geeignete Füllmittel haben sich Quarz, Aluminiumoxid sowie sonstige Keramik, Siliziumcarbid sowie Nickel und vergleichbare Metalle erwiesen. Zur Anwendung für elektrische Zwecke eignen sich leitende Füllmittel, wie Metalle, vor allem Nickel, oder Siliziumcarbid.

Der Anteil des Füllmittels in dem Dichtungsmittel beträgt vorzugsweise 10 bis 50 Gew.% des gesamten Dichtungsmittelsystems, insbesondere 20 bis 40 Gew.%, in erster Linie etwa 30 Gew.%.

Wird neben dem wärmerückstellbaren Teil ein nicht-wärmerücksteilbares Teil benutzt, so muß dieses natürlich einen deutlich über den während des Zusammenfügens erreichten Temperaturen liegenden Schmelzpunkt haben, beispielsweise oberhalb von 300° C, besser oberhalb von 500° C vorzugsweise besteht dieses Teil aus Metall oder

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einem zusammengesetzten Material mit vergleichbaren Eigenschaften. Wie bereits erwähnt, ist es zweckmässig, wenn das genannte Teil infolge der Rückstellung des wärmerückstellbaren Teils eine plastische Verformung erfährt. Bei einer bevorzugten Ausführung, bei der solche Verformungen auftreten und die für rohrförmige Substrate besonders geeignet ist, hat das nicht-wärmerücksteilbare Teil, das vorzugsweise aus Metall besteht, die Form eines Rohrs, und das wärmerückstellbare Teil aus Memorymetall hat die Form eines in radialer Richtung wärmerückstellbaren Rohrs, das koaxial zu dem nicht-wärmerückstellbaren Teil und in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist. Das Teil aus Memorymetall ist vorzugsweise wärmeschrumpfbar und umgibt das nicht-wärmerückstellbare Teil. Die von dem Teil aus Memorymetall Abstand haltende Oberfläche des nicht-wärmerückstellbaren Teils ist insgesamt glatt, kann aber mit radialen Zähnen in Gestalt von Kreisringen versehen sein, die nachträglich die Substrate angreifen. Es ist aber zu beachten, daß es, wenn derartige Zähne vorgesehen sind, allgemein erforderlich ist, den Klebemittelansatz auf die Zahnkanten verhältnismässig dünn aufzutragen oder ihn dort überhaupt wegzulassen, weil das Ausmaß der radialen Verformung, die durch das zweite Teil hervorgebracht werden kann, begrenzt ist. Die nichtwärmerückstellbaren und die Memorymetall-Teile sowie die Substrate haben vorzugsweise Kreisquerschnitt. Häufig bleibt der Querschnitt über die Gesamtlänge der Teile unverändert. Wenn allerdings Substrate mit unterschiedlichen Aussendurchmessern zusammengesetzt werden, kann zumindest der Innendurchmesser des Innenteils abgestuft sein.

Ein Teil der exponierten Oberfläche oder die gesamte exponierte Oberfläche des nicht-wärmerückstellbaren Teils

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kann mit einer Beschichtung aus Thermofarben versehen sein, um erkennbar zu machen, wann eine bestimmte Temperatur erreicht ist und damit einen Anhalt für die Temperatur zu geben, die der Kleberansatz erreicht hat, sofern ein erweichbarer Kleber angewandt wird. Man kann aber auch den gegebenenfalls verwendeten erweichbaren Kleberansatz mit einer Thermofarbe versetzen und den Anstrich so anbringen, daß er teilweise sichtbar ist, wenn das wärmeruckstellbare Teil zurückgestellt wird.

Das Teil aus Memorymetall besteht vorzugsweise aus einem Memorymetall, das (entweder von Haus aus oder infolge einer Vorbehandlung) eine über 40 C liegende Austenitstarttemperatur A_Q hat, z.B. eine A_ zwischen 40 und 150° C, so daß das Teil bei Zimmertemperatur gelagert werden kann und damit die Rückstellung des Teils und, sofern ein in der Wärme erweichbarer Kleber angewandt wird, das Erweichen des Kleberansatzes bei ein und demselben Erhitzungsvorgang vonstatten gehen kann. Beachtliche Ergebnisse werden erzielt, wenn man mit Teilen aus ß-Messing arbeitet, wie beispielsweise in den noch schwebenden US-Patentanmeldungen Ser.-Nr. 783 040, 783 und 797 621 beschrieben, auf deren Offenbarung hier ausdrücklich bezug genommen wird. Das wärmeruckstellbare Teil behält, nachdem die Rückstellung erfolgt ist, im allgemeinen seine Position bei, wenn mit ihm aber gleichzeitig die plastische Verformung eines anderen Teils herbeigeführt wird, das das Substrat berührt, kann es in einzelnen Fällen entfernt werden, wenn es die erforderliche Verformung des anderen Teils herbeigeführt hat. Wenn es an Ort und Stelle verbleiben muß, besteht es vorzugsweise aus einem Memorymetall, dessen normale A -Temperatur unterhalb der Zimmertemperatur liegt, das aber so vorbehandelt worden ist, daß seine Start-Α -Temperatur

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BAD ORIGINAL

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über Zimmertemperatur (20° C) liegt - vorbehandelt beispielsweise nach der Methode, die in den noch schwebenden US-Patentanmeldungen Ser.-No. 550 847, 735 737 und 779 360 beschrieben ist; auf die Offenbarung in diesen Anmeldungen wird ausdrücklich Bezug genommen. Wenn andererseits das erste Teil entfernt werden soll, so liegt seine Übergangstemperatur vorzugsweise höher als Raumtemperatur.

Wird ein nicht-wärmerückstellbares Teil neben einem wärmerückstellbaren Teil verwendet, hat es im allgemeinen die gleiche Länge wie das wärmerückstellbare Teil oder ist kürzer. Wie oben erwähnt, kann es aber mindestens zwei wärmerückstellbare Teile geben, die gleichartig oder unterschiedlich sind und die eine Kraft auf unterschiedliche Abschnitte des nicht-wärmerückstellbaren Teils ausüben, beispielsweise zwei zylindrische wärmerückstellbare Teile.

Wie erwähnt, ist die Erfindung besonders günstig einzusetzen für das Verbinden von Substraten, insbesondere von Rohren, die aus Aluminium, Kupfer oder anderen weichen Metallen bestehen, insbesondere von dünnwandigen Rohren, bei denen die Wandstärke so gewählt ist, daß das Verhältnis w/d (w = Wandstärke, d = Aussendurchmesser) unter 0,15, beispielsweise unter 0,1 liegt, wobei im allgemeinen eine Wandstärke von weniger als 2,5 mm (100 mils), z.B. zwischen 0,5 und 1,25 mm (20 und 50 mils) gewählt wird; solche Rohre werden in großem Umfang in Kühl- und Klimaanlagen benutzt. Der Aussendurchmesser solcher Rohre liegt normalerweise zwischen 6,35 und 2540 mm (0,25 und 100 Zoll). Die miteinander zu verbindenden Substrate können aus gleichem oder aus unterschiedlichem Material bestehen und können gleiche oder unterschiedliche Abmessungen haben. Wird neben dem wärmerückstellbaren Teil

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ein nicht-wärmerückstellbares Teil eingesetzt, so besteht dieses vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie das eine der oder wie beide miteinander zu verbindenden Rohre. Vorzugsweise ist auf das Substrat von der Kontaktfläche ein praktisch gleichmässiger Druck auszuüben.

Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnung beschrieben, deren Figuren folgendes darstellen:

Fig. 1 eine Draufsicht (teilweise im Schnitt) auf ein erfindungsgemäßes Kupplungsteil in der Stellung vor der Rückstellung, um zwei miteinander zu verbindende Rohre gelegt;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie AA in Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Abschnitt der Grenzfläche zwischen dem Kupplungsteil und einem der Rohre nach der Rückstellung der Kupplung;

Fig. 4 eine Draufsicht (teilweise im Schnitt) auf ein weiteres erfindungsgemäßes Kupplungsteil vor der Rückstellung, um zwei miteinander zu verbindende Rohre gelegt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Rohre 5 und 6, die mittels eines Kupplungsteils zu verbinden sind, das aus einem rohrförmigen, palstisch verformbaren Teil 1 und einem wärmeschrumpfbaren rohrförmigen Teil 2 besteht. Das verformbare Teil 1 besitzt eine Beschichtung 3 aus einem Klebemittelansatz an seiner Innenfläche. Die Klebemittelschicht 3 besteht aus einem teilgehärteten Epoxidharz und etwa 20 Gew.% (bezogen auf die Klebemittelschicht)

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Quarzteilchen. Die Endstücke der Aussenseite des verformbaren Teils 1 tragen eine Anstrichschicht 4 aus Thermofarbe. Fig. 3 zeigt die Grenzschicht zwischen dem Rohr 5 und dem verformbaren Teil 1, nachdem der in den Fig. 1 und 2 gezeichnete Aufbau erhitzt worden ist, um die Rückstellung des Teils 2 und das Schmelzen und Härten des Kleberansatzes 3 herbeizuführen= Quarzteilchen 33 in der Klebemittelschicht haben sich in beide Flächen eingegraben. Fig. 4 zeigt ein rohrförmiges wärmeschrumpfbares Teil 2 mit einer Beschichtung 3 auf seiner Innenseite und einem Abschnitt seiner Aussenseite aus einem Klebemittelansatz, wie er oben beschrieben wurde, angeordnet um die Rohre 5 und 6, die miteinander verbunden werden sollen.

Der nach der vorstehenden Beschreibung verwendete Klebemittelansatz, der für eine Pulverbeschichtung geeignet ist, wurde durch Klassieren eines gemahlenen Ansatzes hergestellt, der sich folgendermaßen zusammensetzt;

Gewichtsteile

Bisphenol-A-Epoxidharz mit einem
Epoxid-Äquivalenzgewicht von 38

etwa 750 ("Epon 2001")

Multifunktionelles Epoxid-Kresol-Novolac-Harz mit einem Epoxid-Äquivalenzgewicht von etwa 230
("ECN 1280") 4,25

Bisphenol-A-Polymer-Härter mit einem Molekulargewicht von ungefähr 500 (¹¹XD 8062.01") 17,75

⁺⁾ Quarzteilchen ("P-Quarz") 20,00

TiO₂ 19,5

Ruß (Statex 160) 0,5

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O	Gew.	Il	.%
ο,	1	Il	Il
0,	1	Il	Il
0,	9	Il	Il
0,	7	Il	Il
3,	3	Il	Il
5,	9	Il	Il
8,	8	Il

Die Quarzteilchen zeigten folgende Korngrößenverteilung:

Zurückgehalten in Sieb mit 0,18 mm lichter Maschenweite (80 mesh screen)

zurückgehalten in Sieb mit 0,15 mm lichter Maschenweite (100 mesh screen)

zurückgehalten in Sieb mit 0,12 mm lichter Maschenweite (120 mesh screen)

zurückgehalten in Sieb mit 0,10 mm lichter Maschenweite (140 mesh screen)

zurückgehalten in Sieb mit 0,09 mm lichter Maschenweite (160 mesh screen)

zurückgehalten in Sieb mit 0,074 mm lichter Maschenweite (200 mesh screen)

zurückgehalten in Sieb mit 0,053 mm lichter Maschenweite (270 mesh screen)

zurückgehalten in Sieb mit 0,044 mm lichter Maschenweite (325 mesh screen)

durchgefallen durch Sieb mit 0,044 mm lichter

Maschenweite (325 mesh screen) 80,2

Der klassierte Pulversatz wurde durch Pulverbeschichtung auf die zuvor sandgestrahlte Innenseite eines als gerader Zylinder ausgebildeten Kupferrohres aufgetragen, dessen Innendurchmesser 19,4 mm (0,764 Zoll), Aussendurchmesser 21,5 mm (0,848 Zoll) und Länge 38 mm (1,5 Zoll) betrug; die Aussenseite des Rohres wurde durch ein auf das Kupferrohr wärmegeschrumpftes Polyäthylenrohr abgedeckt. Das beschichtete Rohr wurde so weit erhitzt, daß die Teilchen des Klebemittelansatzes zusammenfließen und eine Schicht von ungefähr 0,05 mm (2 mils) Stärke bilden mußten. Dann wurde das Abdeckrohr aus Polyäthylen entfernt.

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Ein radial wärmeschrumpfbares Rohr in Form eines geraden Zylinders von 30,5 mm (1,2 Zoll) Länge, einem Aussendurchmesser von 25,4 mm (1 Zoll) und einem knapp über 21,5 mm (0,848 Zoll) liegenden Innendurchmesser (so daß eine Feinpassung über dem Kupferrohr gewährleistet war) wurde hergestellt, indem ein in flüssigem Stickstoff gekühltes Rohr aus ß-Messing radial geweitet wurde. Das ß-Messing war so behandelt worden, daß sich ein A₁, von etwa 40 bis 50° C ergab. Das wärmeschrumpfbare Rohr aus ß-Messing wurde aus dem flüssigen Stickstoff genommen und zentrisch über das Kupferrohr gelegt, das ausreichend kräftig war, um jeglicher radialen Schrumpfung des Rohrs aus ß-Messing unter normalen Lagerungsbedingungen standhalten zu können.

Die Enden der beiden Kupferrohre mit 19,0 mm Aussendurchmesser und O,89 mm (35 mils) Wandstärke wurden in der in Fig. 1 dargestellten Weise in das klebemittelbeschichtete Kupferrohr gebracht. Dann wurde der Aufbau auf eine über 200° C liegende Temperatur 1 min. lang erhitzt, so daß die Rückstellung des Rohrs aus ß-Messing sowie das Schmel zen und anschliessende Härten des Epoxidharzansatzes stattfanden.

Die auf diese Weise hergestellte Verbindung war sehr fest; die Abziehfestigkeit lag über 70 kg/cm (1000 psi) bei Zimmertemperatur und bei 150° C, und Widerstand wurde einem Innendruck von 211 kg/cm bei Zimmertemperatur und bei 150° C geleistet.

Vergleichbare Resultate ergaben sich, wenn anstelle des Kupferrohres im Kupplungsteil Aluminiumrohr verwendet wurde und wenn eines der zu verbindenden Kupferrohre

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oder beide Kupferrohre durch Aluminiumrohr gleicher Abmessungen ersetzt wurde.

Ende der Beschreibung.

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Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung, etwa eine Rohrkupplung, die mit mindestens einem Substrat verbindbar ist, und die mindestens ein wärmerückstellbares Teil enthält, durch dessen Rückstellung mindestens eine Oberfläche der Vorrichtung dichtend mit dem Substrat verbunden wird, wobei die Oberfläche mit einem Dichtungsmittel beschichtet ist, in dem ein aus Partikeln bestehendes Füllmittel dispergiert ist, die bei der Rückstellung des Memorymetalls in das Substrat einzudringen vermögen.

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Claims

Patentansprüche ;

1. Mit mindestens einem Substrat verbindbare Vorrichtung, gekennzeichnet durch mindestens ein Teil (2) aus wärmerückstellbarem Memorymetall, welches Teil bei der Rückstellung mindestens eine Oberfläche der Vorrichtung dichtend gegen das (die) Substrat (e) (5, 6,) legt und welche Oberfläche(n) zumindest teilweise mit einer Schicht (3) eines Dichtungsmittels belegt ist (sind), in dem ein aus Partikeln (33) bestehendes Füllmittel dispergiert ist, die bei der Rückstellung des aus Memorymetall bestehenden Teils (2) in das (die) Substrat(e) einzudringen vermögen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel ein Klebemittel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel durch Erwärmen erweichbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Klebemittel

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um ein wärmehärtendes Klebemittel handelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel ein härtbares Epoxidharz ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Dichtungsmittels vor dem Zusammenfügen der Vorrichtung zwischen etwa 0,006 und 0,075 mm (0,25 und 3 mils) beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Dichtungsmittels nach dem Zusammenfügen der Vorrichtung weniger als 0,006 mm (0,25 mils) beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis
des speziellen Füllmittels unter 2 liegt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Härtegrad des Partikel enthaltenden Füllmittels über dem der Oberfläche(n)
der Vorrichtung und des (der) zu beeinflussenden
Substrats (Substrate) liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der einzelnen Füllmittelpartikel

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nach dem Zusammenfügen der Vorrichtung in die Oberfläche (n) der Vorrichtung in die Oberfläche(n) der Vorrichtung und des Substrats (der Substrate) eingedrungen sind und zwischen ihnen blockierende Uberbrückungen bilden.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Linearabmessung von Partikeln des Füllmittels größer als 0,00125 mm (0,05 mil) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Linearabmessung von Partikeln des Füllmittels größer als 0,0025 mm (0,1 mil) ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel Quarz-, Aluminiumoxid-, Siliziumcarbid- oder Metallpartikel • umfaßt.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmittelmenge in dem Dichtungsmittel zwischen 10 und 50 Gew.% des gesamten Dichtungsmittelsystems ausmacht.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein nicht-wärmerückstellbares Teil (1), bei dem mindestens eine Ober-

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fläche das (die) Substrat(e) (5, 6) anzugreifen vermag, wobei das (die) wärmerückstellbare(n) Teil(e) (2) treibend wirken und das (die) nicht-wärmerückstellbare(n) Teil(e) (1) und das (die) Substrat(e) (5, 6) aufeinanderdrücken.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) nicht-wärmerückstellbare(n) Teil(e) (1) plastisch verformbar ist (sind).

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) nicht-wärmerückstellbare(n) Teil(e) (1) aus Metall besteht (bestehen).

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiges nicht-wärmerückstellbares Teil vorgesehen ist«

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch ein radial wärmerückstellbares Teil aus Memorymetall von rohrförmiger Gestalt, das koaxial um das nichtwärmerückstellbare Teil gelegt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch einen Aufbau von nicht-wärmerücksteilbaren Teilen, wobei der Aufbau insgesamt Rohrform hat.

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21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet, durch eine Vielzahl radial wärmerückstellbarer Ringe oder Bänder, wobei jeder Ring oder jedes Band an einem Ende oder in der Nähe eines Endes des insgesamt rohrförmigen Aufbaus von nicht-wärmeschrumpfbaren Teilen angeordnet ist.

22» Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) wärmerückstellbaren Teil(e) aus ß-Messing besteht (bestehen).

23. Vorrichtung, gekennzeichnet durch ein Teil, das wärmerückstellbar ist und aus einem Memorymetall besteht und das, wenn die Wärmerückstellung erfolgt, die Bewegung einer Oberfläche der Vorrichtung herbeiführt, auf welcher Oberfläche sich eine Beschichtung aus einem Klebemittelansatz befindet, der durch Erhitzen erweichbar ist und eine Polymerphase aufweist, in der ein aus Partikeln bestehendes Füllmittel dispergiert ist, die ein unter 2 liegendes Längenverhältnis und eine Härte aufweisen, die bei der Temperatur, bei der der genannte Klebemittelansatz erweicht wird, größer ist als die der genannten Oberfläche.

24. Verfahren zum Verbinden einer Vorrichtung mit mindestens einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche der Vorrichtung neben das (die) Substrat (e) mit einer zwischenliegenden Dichtungsmittel schicht gebracht wird, daß in dem Dichtungsmittel ein aus Partikeln bestehendes Füllmittel dispergiert ist, daß mindestens ein wärmerückstellbares Teil aus Memory-

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metall vorgesehen wird, das bei der Rückstellung die genannte (n) Oberfläche(n) der Vorrichtung zur dichtenden Anlage an dem (den) Substrat(en) bringt und das Füllmittel veranlaßt, in das (die) Substrat(e) einzudringen, und daß das (die) wärmerückstellbare.(n) Teil(e) erhitzt werden, um seine (ihre) Rückstellung herbeizuführen.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der dort genannten Vorrichtung um eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 handelt.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer Vielzahl von Substraten verbunden ist und zur Verbindung der Substrate untereinander dient.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer Vielzahl von Rohren verbunden ist und eine fluiddichte Kupplung zwischen den Rohren herbeiführt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr eine Wandstärke w und einen Aussendurchmesser d derart hat, daß w/d kleiner als 0,1 ist.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Wandstärke zwischen 0,5 und 1,25 mm (20 und mils) beträgt»

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer Vielzahl von elektrischen Leitern verbunden ist und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Leitern herstellt=

31. Verfahren zum Verbinden eines Teils mit mindestens einem Substrat, wobei die zu verbindende Oberfläche des genannten Teils aus einem ersten Material besteht und die zu verbindende Oberfläche des genannten Substrats aus einem zweiten Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die genannten Oberflächen nebeneinander angeordnet werden,

(b) zwischen die Oberflächen eine Schicht aus einem Klebemittelansatz gebracht wird, wobei der Klebemittelansatz durch Erhitzen erweichbar wird und eine Polymerphase enthält„ in die ein aus Partikeln bestehendes Füllmittel dispergiert ist und die Partikel ein unter 2 liegendes Längenverhältnis und eine Härte besitzen, die größer ist als die Härte mindestens eines der beiden genannten ersten und zweiten Materialien bei einer Temperatur, bei der der genannte Klebemittelansatz erweicht wird,

(c) ein Teil vorgesehen wird, das wärmerückstellbar ist und aus einem Memorymetall besteht und das bei der Wärmerückstellung die aus einem ersten Material bestehende Oberfläche veranlaßt, die aus einem zweiten Material bestehende Oberfläche durch

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die genannte Schicht des Klebemittelansatzes hindurch zu berühren, und daß

(d) der genannte Klebemittelansatz auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der er erweicht wird und das genannte wärmerückstellbare Teil so weit erhitzt wird, daß dessen Rückstellung erfolgt, wodurch die genannten Oberflächen miteinander in abdichtenden Kontakt geraten und eine örtliche Verformung mindestens einer der genannten Oberflächen durch das genannte, aus Partikeln bestehende Füllmittel verursacht wird.

32. Verfahren nach Anspruch 3I₁₇ dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein erstes, nicht-wärmerückstellbares Teil neben dem genannten Substrat angeordnet wird, wobei die Oberfläche des genannten ersten Teils neben dem genannten Substrat aus einem ersten Material besteht und die Oberfläche des genannten Substrats neben dem genannten ersten Teil aus einem zweiten Material besteht,

(b) zwischen dem genannten ersten Teil und dem genannten Substrat eine Schicht aus einem Klebemittelansatz angebracht wird^ \i?obei der Klebemittelansatz durch Erhitzen erweichbar ist und eine Polymerphase enthält, in der ein Füllmittel dispergiert 1st, das aus Partikeln besteht, deren Längenverhältnis kleiner als 2 ist und deren Härte größer ist als zumindest eines der genannten ersten und zweiten Materialien bei einer Temperatur, bei der der genannte Klebemittelansatz weich wird,

(c) ein zweites Teil neben dem,genannten ersten Teil angeordnet wird, wobei das genannte zweite Teil wärmerückstellbar ist und aus einem Memorymetall

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besteht, und daß

(d) der Klebemittelansatz auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der er erweicht, und das genannte zweite Teil bis zum Eintreten der Rückstellung erhitzt wird, wodurch das genannte erste Teil sich dichtend gegen das genannte Substrat legt und örtliche Verformung mindestens des Substrats oder des genannten ersten Teils durch das genannte, aus Partikeln bestehende Füllmittel hervorgerufen wird.

33. Nicht-wärmerückstellbares Teil, dadurch gekennzeichnet, daß eine seiner Oberflächen mindestens teilweise mit einer Schicht von Dichtungsmittel belegt ist, in der ein aus Partikeln bestehendes Füllmittel dispergiert ist, vorgesehen für die Verwendung in einer Vorrichtung, wie sie in einem der Ansprüche 15 bis 21 definiert ist.

34. Substrat, verbunden mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23.

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