DE948225C

DE948225C - Vakuumdichte Verbindung zwischen Keramik- und Metallzylindern

Info

Publication number: DE948225C
Application number: DEL3446A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Guenther Dobke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1950-08-27
Filing date: 1950-08-27
Publication date: 1956-08-30

Description

Vakuumdichte Verbindung zwischen Keramik- und Metallzylindern Der Übergang von keramischen Zylindern auf Metallzylinder, insbesondere bei großen Durchmessern, hat für eine Reihe von elektrotechnischen Konstruktionen große Bedeutung und kann noch nicht als befriedigend gelöst betrachtet werden, insbesondere, wenn gleichzeitig die Forderungen nach hoher Dichtigkeit der Verbindungsstelle, insbesondere Vakuumdichtigkeit, hoher mechanischer Festigkeit und einer gewissen Temperaturfestigkeit bzw. Temperaturwechselbeständigkeit erhoben werden. Dies gilt z. B. für unmittelbare vakuumtechnische Geräte, wie metallische Stromrichter mit ihren keramischen Stromeinführungen, die bei Anwendung für hohe Ströme und hohe Spannungen ,erhebliche Dimensionen annehmen können. Aber auch bei anderen elektrischen Apparaten wird mehr und mehr der absolut dichte Abschluß der Stromeinführungen verlangt, z. B. hei Kondensatoren oder Spannungswandlern mit Ölfüllung, weil nur der hermetische Abschluß das Eindringen von Feuchtigkeit und damit ein Verschlechtern des uTspr'ünglichen Gütegrades verhindert. Etwas Ähnliches gilt für überspannungsahleiter für hohe Spannungen, die in Form von Funkenstrecken und spannungsabhängigen Widerständen in große keramische Zylinder neingebaut sind und nach dem Zusammenbau wegen der Gefahr der Feuchtigkeitsansammlung infolge des Atmens beim Temperaturwechsel praktisch vakuumdicht abgeschlossen werden müssen. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei ölgefüllten Hochspannungsdurchführungen, Kabelendverschlüssen usw.
Die bei kleinen Durchmessern anwendbaren Verschmelzungen sind bei großen Durchmessern der Keramikteile aus verschiedenen Gründen nicht mehr durchführbar, wie dann auch allgemein alle Verfahren ausscheiden, bei denen die Keramik auf Schmelztemperaturen von Glas oder Hartlot gebracht werden müß. Infolgedessen ist man meistens bei größeren keramischen Bauelementen auf die Verwendung von Druckdichtungen angewiesen, wobei unter Anwendung von Flanschen und Dichtungsringen aus organischen Werkstoffen oder duktilen Metallen oder Kombination aus beiden mittels Hilfskonstruktionen die Flansche der Keramikzylinder mit entsprechenden Flanschen der Metallarmaturen, gegebenenfalls unter Aufrechterhaltung eines dauernd wirkenden Federdruckes, verbunden werden. Die Druckdichtungen erfordern also einen erheblichen konstruktiven Aufwand und sind deshalb nur für solche Anwendungen wirtschaftlich zu vertreten, wo :es auf eine lösbare Verbindung ankommt.
Gegenstand der Erfindung ist eine vakuumdichte Verbindung zwischen einem keramischen und Metallzylinder. Erfindungsgemäß ist ein thermoplastischer Kunststoff als Film zwischen der mit einer flachen Aussparung versehenen Innenseite der an dieser Stelle drucknachgiebig gehaltenen Metallzylinderwand und der Außenwand des Keramikzylinders @eingepreßt.
Es ist schon vorgeschlagen worden, den engen Spalt zwischen einem keramischen Zylinder und einem gut aufgepaßten Metallzylinder mit einem flüssigen Lack auszufüllen, um dadurch eine feste Verbindung und Abdichtung der beiden Zylinder zu erreichen. Aber derartige Verfahren haben sich bisher nicht bewährt, weil es schwierig. ist, den engen Spalt :gleichmäßig auszufüllen, dann aber noch schwieriger, eine Trocknung des Dichtungsfilms in dem Spalt herbeizuführen. Ein etwaiges Lösungsmittel kann praktisch nicht verdunsten, und bei temperaturhärtenden oder chemisch härtbaren Lackfilmen ist nur schwer eine optimale Verteilung und Konsistenz in dem Spalt zu erreichen. Die Temperaturfestigkeit derartiger Verbindungen ist außerdem sehr begrenzt, da normalerweise die Ausdehnungskoieffizienten der Keramik und des zugehörigen Metallringes verschieden sind und die resultierenden Durchmesserdifferenzen im Bereich der elastischen Dehnung des Dichtungsfilms liegen müssen: -Entsprechend- der Erfindung werden die zur Dichtung dienenden Kunststoffilme vor dem Zusammenbau auf die zu-dichtenden zylindrischen Oberflächen aufgebracht. An der Innenfläche der Metallzylinder wird eine genügend breite Vertiefung- eingedreht (Bruchteil seines Millimeters), die dann mit dem Dichtungsmittel möglichst vollständig ausgefüllt wird. Die restliche Wandstärke des Metallzylinders an dieser Stelle wird so gering gewählt, daß ;sie gegenüber einem äußeren radialen Druck nachgiebig ist. Über diese Stelle wird :der erwärmte Schrumpfring :geschoben, der den vorgehärteten Dichtungsfilm aufheizt und so eine gewisse Plastizität hervorruft, so daß unter dem- ständig wachsenden Schrumpfdruck beim Abkühlen des @Schrumpfringes ein gleichmäßiges Anpressen des inneren Dichtungsfilms an die Keramikoberfläche :erfolgt, Diese Fläche kann zweckmäßigerweise vorher ebenfalls mit einem dünnen Film .des verwendeten Dichtungsmittels versehen sein, so daß .die Abdichtung zwischen artgleichen Oberflächen vor sich geht. Der so :entstehende, mit dem Dichtungsmittel ausgefüllte zylindrische Hohlraum ist in axialer Richtung gut abgeschlossen, da die Toleranz zwischen dem freien Metallring und dem Keramikkörper nur gering ist. Das Dichtungsmittel kann also nicht ausweichen, und der Druck pflanzt sich wie in einer Flüssigkeit allseitig fort, so daß die Druckspannungen verhältnismäßig stetig auf den Dichtungsraum verteilt und nach außen langsam :geringer werden. Auf der Keramikoberfläche tritt auf diese Weise ein Minimum der sonst mit einem Aufschrumpfungsprozeß verbundenen axialen Zugspannungen,auf.
An Hand der Zeichnung ist der zu verbindende zylindrische keramische Körper r mit den auf einen genauen Durchmesser geschliffenen Endren von einem genau passenden Metallzylinder 2 umgeben. Der Metallzylinder ist an der Innenseite mit einer flachen ringförmigen Aussparung 3 versehen, die möglichst vollständig mit dem thermoplastischen Kunststoff ausgefüllt ist. Dieses Ausfüllen erfolgt vor dem Zusammenbau und gegebenenfalls schichtweise, so daß eine optimale Haftung eintritt und -durch :geeignete Temperaturbehandlung ein Zustand herbeigeführt wird, bei dem bei normalen Temperaturen eine genügende Festigkeit vorliegt und bei höheren Temperaturen eine gewisse Erweichung eintritt. Zum endgültigen Verbinden des Keramikzylinders mit dem vorbereiteten Metallzylinder wird ein entspTechend dimensionierter Schrumpfring q. in heißem Zustand über die Verbindungsstelle gelegt. Die Temperatur und die Masse des Schrumpfringes werden so gewählt, daß der thermoplastische Kunststoff auf eine genügend hohe Temperatur gebracht wird,. um sich unter dem auftretenden Schrumpfdruck mit dem Film auf der Keramikoberfläche zu verbinden, und zwar unter Verformung :des dünnwandigen Wandungsteiles 5. Der nach dem Abkühlen resultierende Schrumpfdruck wird so gewählt, daß eine genügende Vorspannung verbleibt, um eine ausreichende mechanische Festigkeit auch in einem gewissen Temperaturbereich zu erzielen, ohne däß :der Keramikkörper druckmäßig überlastet wird: In diesem- Zusammenhang dient der verbleibende Film .als elastisches Medium zum. Mildern der an den Kanten des Schrumpfringes sich bildenden axialen Zugspannungen.
Wenn 'man dem Keramikzylinder in der Druckzone eine bestimmte Kontur verleiht, so kann auch leihe große Festigkeit der Verbindung gegenüber äußeren Zugspannungen oder innerem Überdruck erreicht werden. Es ist zweckmäßig, .die Innenfläche des Schrumpfringes nicht glatt zylindrisch, sondern leicht ballig mit abgerundeten Innenkanten auszuführen, damit die Schrumpfdrücke auf dien thermoplastischen Kunststoff isich von der Mitte nach außen entwickeln, Lufteinschlüsse vermieden werden und noch eine weitergehende Verteilung der radialen Druckspannungen :erfolgt. Für eine gute Temperaturfestigkeit ist es zweckmäßig, bei Verwendung von Stahlzylindern ;eine Keramiksorte mit verhältnismäßig großen Ausdehnungskoeffizienten zu wählen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Vakuumdichte Verbindung zwischen einem konzentrisch auf einen Keramikzylinder aufgebrachten Metallzylinder mittels eines Dichtungsmittels und eines Schrumpfringes, gekennzeichnet durch einen thermoplastischen Kunststoff,-der als Film zwischen der mit einer flachen Aussparung versehenen Innenseite der an dieser Stella drucknachgiebig gehaltenen Metallzylinderwand und der Außenwand des Keramikzylinders !eingepreßt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 367 44o, 698 655; österreichische Patentschrift Nr. 162 534; schweizerische Patentschrift Nr. aor 424; französische Patentschrift Nr. 885 178; USA.-Patentschrift Nr. 2 2 50 986.