DE910771C - Verfahren zur Herstellung von elektrisch und thermisch schlecht leitenden bzw. elektrisch isolierenden oder schall- und schwingungs- daemmenden ummantelungen von Bolzen,Schraubenschaeften, Buchsen oder aehnlich geformten Konstruktionsteilen aus Metall - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von elektrisch und thermisch schlecht leitenden bzw. elektrisch isolierenden oder Schall- und schwingungsdämmenden Ummantelungen von Bolzen, Schraubenschäften, Buchsen oder ähnlich geformten Konstruktionsteilen aus Metall In der Technik werden oft Bolzen, Schraubenbolzen, Buchsen, Rohre oder ähnlich geformte Teile gebraucht, die elektrisch oder thermisch oder bezüglich der Übertragung mechanischer Schwingungen möglichst schlecht leiten, also mehr oder weniger gut isolieren müssen, andererseits aber auch Festigkeitseigenschaften aufweisen sollen, die nicht wesentlich hinter denen eines Konstruktionsmetalls, etwa des Stahls, zurückstehen. Dies gilt z. B. für die elektrisch isolierenden bolzen- oder buchsenförmigen Konstruktionselemente von elektrischen Schaltapparaten, die im Betrieb schlagartige, hämmernde oder peitschende Schaltbewegungen und hohe Massenbeschleunigungen auszuführen haben. Im Verbrennungsmaschinenbau und im Apparatebau der Chemie wiederum wird nicht selten verlangt, daß bei Rohren, Zylindern oder ähnlichen Teilen mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit eine hohe mechanische Zerreißfestigkeit verbunden sein soll. In allen diesen oder ähnlichen Fällen ist es offensichtlich nicht angängig, als Werkstoff für die Bolzen, Buchsen, Rohre usw. die üblichen Isolierstoffe auf keramischer, mineralischer oder ähnlicher Grundlage zu verwenden, weil diese Stoffe eine viel zu geringe Zug-, Biege-und Stoßfestigkeit besitzen; und ebensowenig pflegen hierfür die Isolierstoffe auf organischer Basis, d. h. Kunstharze, gummiartige Materialien usw. geeignet zu sein, weil auch deren Festigkeit zu niedrig, ihreElastizität aber zu hoch und außerdem meistens ihre Wärmebeständigkeit völlig unzureichend ist.
• Die Erfindung geht nun zunächst von der allgemeinen Erfahrung aus, daß in den weitaus meisten Anwendungsfällen für die aufgezählten Konstruktionsteile überhaupt nicht die Notwendigkeit vorzuliegen pflegt, daß ihr gesamtes Materialgefüge den isolierenden bzw: schlecht leitenden Charakter besitzt. Vielmehr wird es sich meistens so einrichten lassen, daß nur eine oder zwei, bei manchen konstruktiven Anordnungen auch mehrere Zonen mit einer festen Gefügeschicht solchen Charakters ummantelt zu sein brauchen, damit das Konstruktionsteil sowohl seinem mechanischen Zwecke genügt als auch hinsichtlich seiner Isolierfähigkeit ausreicht. jedenfalls betrifft die Erfindung solche mit einer oder mehreren derartigen Ummantelungen ausgestattete Bolzen, Schraubenschäfte, Buchsen, Rohre usw., und zwar gibt sie ein Herstellungsverfahren für solche Ummantelungen an.
• Dieses Herstellungsverfahren besteht nun im wesentlichen darin, daß die Ummantelungen der metallischen Konstruktionsteile aus untereinander kraftschlüssigen Metallagen aufgebaut und daß deren einzelne Oberflächen durch chemische, elektrolytische oder kombinierte Verfahren in mehr oder weniger dünner Schicht in den nichtmetallischen und somit in den schlecht leitenden bzw. zu Isolierwirkungen befähigten Zustand übergeführt werden.
• Der innere Kraftschluß zwischen den Lagen der Ummantelung und der Kraftschluß zwischen dieser und dem Bolzen, der Buchse, dem Rohr usw. läßt sich, da j a die Bolzen, Buchsen, Rohre usw. kaum jemals anders als mit kreisförmigen Querschnitten vorliegen werden, sehr leicht und bequem erreichen, und zwar durch Verwendung hülsenförmig ausgebildeter Metallagen und durch Aufschrumpfen der erwärmten, jeweils äußeren Metallage auf die kälter gehaltene innere. Dieses Aufschrumpfen von Hülsen auf Bolzen usw. und das nachfolgende Darüberschrumpfen immer weiterer Hülsen stellen eine jedem Fachmann geläufige Operation dar, und zwar auch bezüglich der Art und Höhe der notwendigen Erwärmung der Hülsen und ebenso bezüglich der Maß'haltigkeit (der Passungstoleranzen), welche diese aufweisen müssen.
• Die Oberflächenschichten hohen Leitungswiderstandes können, sofern als Material für die. Bolzen, Buchsen usw. und für die Hülsen, aus denen die Ummantelungen aufgebaut werden, Aluminium, Magnesium oder eine Legierung des einen oder anderen gewählt wird, entweder elektrolytisch, z. B. mittels des bekannten sog. Eloxalverfahrens oder mittels des sog. Elomagverfahrens, oder aber durch chemische Oxydation, z. B. mittels des bekannten sog. modifizierten Bauer-Vogel-Verfahrens, hergestellt werden. Es können aber auch Kombi- !, nationen der vorgenannten oder überhaupt von chemischen mit elektrolytischen Methoden zur Durchführung des Herstellungsverfahrens dienen. Sofern Eisen, Stahl, Nickel, Mangan, Zink usw. oder eine Legierung eines dieser Metalle als Werkstoff für die Bolzen usw. und die Hülsen dient, können die schlecht leitenden Oberflächenschichten auch durch Phosphatierungsmethoden hervorgerufen werden. Hierfür kommt u. a. das bekannte sog. Parkerverfahren oder das sog. Bonder- oder das sog. Atramentverfah.ren oder aber Kombinationen dieser untereinander oder mit ähnlichen in Frage. Gerade die Verwendung von Metallen der Eisengruppe oder von Zink oder entsprechender Legierungen in Verbindung mit einer der Methoden des Phosphatierens bietet für das neuartige Herstellungsverfahren große Vorteile, und zwar allein schon deswegen, weil die phosphatierten Oberflächenschichten die mechanischen Beanspruchungen beim Aufziehen der Hülsen sehr gut zu vertragen und das Aufeinanderziehen derselben wesentlich zu erleichtern pflegen. Deswegen kann hierbei das neuartige Verfahren erfindungsgemäß "auch insofern etwas abgewandelt sein, als an Stelle des Heißaufschrumpfens ein kaltes Aufpressen, gegebenenfalls unter Benutzung eines Schmiermittels (Leinöl usw.), zum Aufeinanderbringen der Lagen benutzt wird. Ist nun das Metall des Bolzens usw. und der Hülsen aber ein solches, welches Kupfer zumindest als hauptsächlichen Legierungsbestandteil enthält, so kann die Erzeugung der chemischen Oberflächenverbindung entweder direkt durch Oxydation des Metalls selbst, z. B. durch Glühen oder Tempern in sauerstoffhaltiger Atmosphäre oder in sauerstoffabgebenden Packungen, oder aber durch Oxydation eines besonderen metallischen Überzuges bewirkt werden.
• Es gehört in den Bereich dieser Erfindung, wenn als Oberflächenschichten an Stelle von Sauerstoff-oder Phosphorverbindungen andere chemische Verbindungen des betreffenden Metalls, insbesondere Halogenverbindungen hergestellt werden.
• Demzufolge ist die Erfindung also dadurch gekennzeichnet, daß auf dem metallischen Bolzen, der Buchse oder dem Rohr usw. mittels eines der bekannten "chemischen oder/und elektrolytischen Verfahren eine oder mehrere schlecht leitende bzw. isolierende Oberflächenschicht(en) erzeugt wird (werden), über welche entweder durch Heißaufschrumpfen oder durch Kaltaufpressen eine oder mehrere metallische Hülsen gezogen werden, worauf diese oder ein Teil derselben oder aber das Ganze wiederum chemisch oder/und elektrolytisch auf eine schlecht leitende bzw. isolierende Oberfläche hin behandelt wird, erforderlichenfalls mit nachfolgendem Aufziehen einer weiteren oder mehrerer weiterer Metallhülsen über die bereits aufgezogene(n), gegebenenfalls auch noch mit erneuter chemischer oder/und elektrolytischer Nachbehandlung und gegebenenfalls noch mehrere Male so fort; d. h. daß dieses chemische, elektrolytische oder sonstige Behandeln und dieses Aufziehen von Hülsen, ungerechnet etwaige Zwischenoperationen:, in abwechselnder Folge so viele Male stattfinden, als es die Abmessungen und Isolationswerte für das Fertigstück erfordern.
• Ein Querschnitt durch einen fertigen Bolzen usw. in einer Zone seiner verfahrensgemäß hergestellten Ummantelung, also ein Querschnitt gleichzeitig auch dieser Ummantelung, wird also zentral um den Kernquerschnitt abwechselnd schmale Ringe, nämlich die chemischen Metallverbindungsschichten, und breitere Ringe, nämlich die metallischen hülsenförmigen Lagen, erkennen lassen, und es wird sich so ein Bild ergeben, daß an die Jahresringe eines Querschnitts durch einen Baumstamm erinnert. Das Ganze stellt, wenn das Aufschrumpfen oder Aufziehen fachmännisch vorgenommen wurde, eine sehr feste Einheit dar, d. h. eine solche, die hinsichtlich ihrer Festigkeitseigenschaften denen des verwendeten Konstruktionsmetalls sehr nahe kommt. Die dünnen Metallverbindungsschichten aber befinden sich dabei offensichtlich in gut geschützter Lage, und bei allen möglichen mechanischen Beanspruchungen des Ganzen trifft auf sie nur eine Art Kompressionsbeanspruchung. Bezüglich der zulässigen Höhe ihrer elektrischen Beanspruchung durch eine Potentialdifferenz zwischen dem Kern und der Peripherie des Ganzen müssen freilich die bekannten Regeln der Elektrotechnik beachtet werden; insbesondere für Wechselstrom ist darauf zu achten, daß durch die Schichtenfolge die Verhältnisse eines Kondensators vorliegen. Überhaupt wird sich für die Praxis empfehlen, die elektrische Spannungsbeanspruchung in der radialen Richtung für eine Ummantelung nicht wesentlich höher zuzulassen, als sie von der einzelnen dünnen Metallverbindungsschicht ausgehalten wird. Sehr oft wird man die elektrische Spannungsbeanspruchung über zwei benachbart gelegene Ummantelungen hinweg aufnehmen und dadurch die doppelte Sicherheit erreichen können.
• Damit bei elektrischer Beanspruchung an den Stirnflächen derUmmantelungen dersog.-elektrische Kriechweg vergrößert wird, kann erfindungsgemäß jede folgende Hülse etwas kürzer gehalten werden, als die Länge der vorangehenden beträgt, auf die sie aufgezogen wird. Das Verfahren kann dann also weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, daß jede metallische Hülse bezüglich ihrer Abmessungen so gestaltet ist, daß sie im aufgezogenen Zustand nicht ganz bis zu den begrenzenden Kanten der unter ihr liegenden schlecht leitenden bzw. isolierenden Oberflächenschicht reicht. Auch wirkt es sich in elektrischer Beziehung und gleichzeitig für das Aufziehen oder Aufschrumpfen recht günstig aus, wenn erfindungsgemäß die lichte Weite der Hülsen in der Nähe ihrer Stirnseiten und in Richtung auf diese hin sich allmählich etwas vergrößernd, d. h. leicht konisch ausgebildet ist.
• Das Verfahren kann erfindungsgemäß auch so durchgeführt werden, daß einzelne oder alle der metallischen Hülsen für sich allein, d. h. schon vor dem aufgezogenen Zustand, nach einem der bekannten chemischen oder/und elektrolytischen Verfahren ganz oder teilweise mit einer schlecht leitenden oder isolierenden Oberflächenschicht ausgestattet werden. Gegebenenfalls kann dann die Zahl der sonst notwendigen chemischen oder/und elektrolytischen Behandlungen des Ganzen vermindert werden. Im allgemeinen wird aber eine Notwendigkeit zu einer solchen Verminderung nicht bestehen.
• Es gehört -in den Bereich der vorliegenden Erfindung, wenn die Hülsen untereinander oder gegenüber dem Kern des fertigen Ganzen aus verschiedenen Konstruktionsmetallen bestehen und wenn demzufolge auch verschiedenartige chemische Verbindungsschichten vorliegen. Insbesondere kann z. B. die zuletzt aufgezogene, also äußere Hülle aus einem besonders widerstandsfähigen, verschleißfesten metallischen Werkstoff bestehen, abgesehen davon, daß ihre Wandstärke größer als die der unter ihr liegenden Hülsen (Metallagen) ausgeführt sein kann. Schließlich können einige oder alle Hülsen in axialer oder in nahezu axialer Richtung einen durchgehenden oder mehrere nicht über die ganze Länge verlaufende Schlitze aufweisen. Im allgemeinen wird jedoch dann nicht das Optimum an Festigkeit und gleichmäßiger Spannungsverteilung erreicht werden können, so daß eine solche Herstellungsmethode, bei der durch die Schlitze das Aufziehen erleichtert sein kann, nur in besonderen Fällen Anwendung zu finden braucht.
• Der Übersichtlichkeit halber sind die Zwischenoperationen, die sich an die jeweilige chemische oder/und elektrolytische Behandlung in auch sonst bekannter Weise anschließen, nicht erwähnt worden, also die Operationen des Spulens, Waschens, Trocknens usw. Es ist selbstverständlich, daß Feuchtigkeit, Reste des chemischen oder elektrolytischen Bades usw. sorgfältig beseitigt werden müssen, bevor die Operation des Aufziehens von Hülsen vorgenommen wird. Demgegenüber ist schon früher kurz erwähnt worden, daß die chemisch oder elektrolytisch oder kombiniert hergestellten Oberflächenschichten, zumal sie ziemlich saugfähig sind, mit Ölen imprägniert werden können. Erfindungsgemäß kann darüberhinaus sehr vorteilhaft eine Durchtränkung beispielsweise auch gerade im sonst fertigen Zustand mit flüssigen organischen Isoliermitteln, z. B. mit Tra.nsformatorenöl oder dünnflüssig gemachten Kunstharzlösungen, vorgenommen werden. Diese Operation kann in einem Gefäß oder Raum erfolgen, und zwar gegebenenfalls zur Verringerung der Viskosität des Imprägniermittels bei erhöhter Temperatur, welcher wechselnd unter Vakuum und überdruck gebracht wird. Die Methode, Vakuum und Überdruck anzuwenden, ist bereits für die Imprägnierung von Holz usw. üblich. Die Stirnflächen der Ummantelungen können am sonst fertiggestellten. Gegenstand noch dadurch besonders geschützt werden, daß sie mit erhärtendem Lack, Kunstharz usw. gestrichen, gespritzt, verspachtelt oder sonstwie überzogen werden.
• In den Bereich dieser Erfindung gehören auch solche Verfahren, bei denen die Ummantelung des Bolzens, der Buchse, des Rohrs usw. nur mittels einer einzigen Hülse (Metallage) durchgeführt wird; sofern nur zwischen dem Bolzen usw. und der Hülse zumindest eine chemisch oder/und elektrolytisch hergestellte Schlechtleiter- bzw. Isolierschicht angeordnet wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von elektrisch und thermisch schlecht leitenden bzw. elektrisch isolierenden oder schall- und schwingungsdämmenden Ummantelungen von Bolzen, Schraubenschäften, Buchsen, Rohren oder ähnlich geformten Konstruktionsteilen aus Metall, dadurch gekennzeichnet, daß auf diesen mittels eines der bekannten chemischen oder/und elektrolytischen Verfahren eine oder nebeneinander mehrere schlecht leitende bzw. isolierende Oberflächenschicht(en) erzeugt wird (werden), über welche nach ihrer Säuberung, Trocknung oder sonstigen Nachbehandlung durch Heißaufschrumpfen oder durch Kaltaufpressen eine oder mehrere metallische Hülsen gezogen werden, worauf gegebenenfalls diese oder ein Teil derselben oder aber das Ganze wiederum chemisch oder/und elektrolytisch auf eine schlecht leitende bzw. isolierende Oberfläche hin behandelt wird, gegebenenfalls mit nachfolgendem Aufziehen einer oder mehrerer weiterer Metallhülsen über die bereits aufgezogenen, gegebenenfalls auch noch mit erneuter chemischer oder/und elektrolytischer Behandlung und gegebenenfalls noch mehrere Male so fort, d. h. daß gegebenenfalls dieses chemische, elektrolytische oder kombinierte Behandeln und dieses Aufziehen von Hülsen, ungerechnet etwaige Zwischenoperationen, in abwechselnder Folge so viele Male stattfinden, als es die Abmessungen und Isolationswerte für das Fertigstück erfordern.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jede metallische Hülse bezüglich ihrer Abmessungen so gestaltet ist, daß sie im aufgezogenen Zustand nicht ganz bis zu den begrenzenden Kanten der unter ihr liegenden schlecht leitenden oder isolierenden Oberflächenschicht reicht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die Hülsen vor dem Aufziehen und vor der chemischen oder elektrolytischen Behandlung mit bekannten Mitteln so hergerichtet werden, daß ihre lichte Weite in der Nähe ihrer Stirnseiten und in Richtung auf diese hin sich allmählich etwas vergrößernd, d. h. leicht konisch ausgebildet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen) Hülse(n) für sich allein, d. h. schon vor dem aufgezogenen Zustand, nach einem der bekennten chemischen oder/und elektrolytischen Verfahren ganz oder teilweise mit einer schlecht leitenden bzw. isolierenden Oberflächenschicht, insbesondere auch gerade in ihrem Innern, ausgestattet wird (werden).
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis q., gekennzeichnet durch eine oder mehrere Zwischen- oder/und Nachbehandlungen mit flüssigen, plastischen oder thermoplastischen organischen Isoliermitteln, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur oder/und mittels Vakuum oder/und überdruck.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stahl. Eisen oder Legierungen dieser Metalle als Werkstoff für die Konstruktionsteile oder/und die Hülsen (Metallagen) der Ummantelungen und durch die Verwendung eines oder mehrerer der bekannten P'hosphatierungsverfahren, insbesondere solcher Verfahren, die durch ihre Verwendung zur Erleichterung des Ziehens von Stangen, Rohren oder Gefäßen bekannt oder gebräuchlich sind.