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Title:
DEVICE WITH A FLANGE AND METHOD FOR PRODUCING A PRESSURE CONNECTION IN A FLANGE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/019112
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for producing a permanent, mechanical and solid pressure connection in a flange (7), comprising a cylindrical component, especially an isolator (3), for fixing the latter, wherein a coaxial cavity (13) extends between the flange (7) and the component, wherein a compressible filling material and a hydraulically molded casting material are disposed on coaxial layers (9, 11). According to the corresponding production method for a sealed device, a predetermined amount of casting material is filled so that the filling material is compressed to a given value. Said device is preferably used in leadthroughs in high voltage technology.

Inventors:
FRIELINGSDORF HELMUT (DE)
Application Number:
PCT/EP1999/006871
Publication Date:
April 06, 2000
Filing Date:
September 16, 1999
Export Citation:
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Assignee:
HOCHSPANNUNGSGERAETE PORZ GMBH (DE)
FRIELINGSDORF HELMUT (DE)
International Classes:
B29C65/54; F16B1/00; F16B4/00; (IPC1-7): F16B4/00; F16B1/00
Foreign References:
GB1561098A1980-02-13
DE653688C1937-11-30
DE4202111A11993-07-29
DE653688C1937-11-30
Attorney, Agent or Firm:
Zedlitz, Peter (Postfach 22 13 17 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Anordnung mit einem Flansch (7), welcher ein zylindrisches Bauteil (3) zu dessen Befestigung umschließt, wobei zwischen Flansch (7) und Bauteil (3) ein koaxialer Hohlraum (13) ver läuft, in welchem in koaxialen Lagen (9,11) ein Füllstoff und ein Gießwerkstoff angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Füllstoff volumenelastisch ist und daß die Menge des Gießwerkstoffs derart bemessen ist, daß bei ausgehärtetem Gießwerkstoff der Füllstoff auf einen vorgegebenen Wert kom primiert ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hohlraum (13) die Form eines Hohlzylinders hat.
3. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hohlraum (13) im Flansch (7) angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Flansch (7) eine mit dem Hohlraum (13) verbundene Einfüllöffnung (23) für den Gießwerkstoff aufweist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lage (11) mit dem Gießwerkstoff zwischen dem Bauteil (3) und der Lage (9) des Füllstoffs angeordnet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Bauteil ein Isolator (3) einer Durchführung ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Gießwerkstoff ein Gießharz, dient.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Füllstoff Kork, ein Elastomer oder Perbunan dient.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Verbindung mit Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lage (11) Gießwerkstoff eine Schulter (17a, 17b) auf weist, die als Anschlag für den Flansch (7) dient.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Flansch (7) zu beiden Enden des Hohlraums (13) jeweils eine umlaufende Nut (19a, 19b) vorgesehen ist, in die ein um das Bauteil (3) umlaufendes Dichtmittel (21a, 21b) eingelegt ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Druckverbindung zwischen einem Flansch (7) und einem von diesem umschlossenen zylin drischen Bauteil (3), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Flansch (7) und Bauteil (3) eine koaxiale Lage (9) eines volumenelastischen Füllstoffs eingelegt wird, und daß eine derart vorgegebene Menge Gießwerkstoff als Lage (11) zwischen Bauteil (3) und Füllstoff eingefüllt wird, daß der Füllwerkstoff um einen vorgegebenen Wert komprimiert ist.
Description:
Beschreibung Anordnung mit einem Flansch und Verfahren zur Herstellung ei- ner Druckverbindung bei einem Flansch Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Flansch, wel- cher ein zylindrisches Bauteil zu dessen Befestigung um- schließt, wobei zwischen Flansch und Bauteil ein koaxialer Hohlraum verläuft, in welchem in koaxialen Lagen ein Füll- stoff und ein Gießerkstoff angeordnet sind. Die Erfindung be- trifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Druckver- bindung bei einem Flansch.

Aus der DE-PS 653 688 ist eine solche Anordnung mit einem Flansch bekannt. Der Flansch umschließt ein zylindrisches Bauteil, ein Tonrohr, zu dessen Befestigung, wobei zwischen dem Flansch und dem Tonrohr ein als"Spielraum"bezeichneter Hohlraum vorgesehen ist. Die Oberfläche des Tonrohrs ist im Hohlraum so gewellt, daß mehrere umlaufende ringförmige Nuten gebildet sind. Im Hohlraum ist das Tonrohr von einer koaxia- len Lage Füllstoff in Form einer am Tonrohr anliegenden rohr- förmigen Hülse so umgeben, daß die Nuten abgedeckt sind und dadurch ringförmige, durch die Hülse und das Tonrohr begrenz- te Hohlräume gebildet sind. Zur Verbindung des Tonrohrs mit dem Flansch wird der Hohlraum zwischen der Hülse und dem Flansch mit einer durch Erhitzen verflüssigten Gießwerkstoff gefüllt. Beim Erstarren zieht sich der Geißwerkstoff zusam- men. Dadurch wird auf die Hülse ein radialer Druck ausgeübt, dem die Hülse nachgibt. Dabei verformt sich die Hülse und dringt teilweise in die ringförmigen Hohlräume ein. Durch das Nachgeben der Hülse ist zum einen verhindert, daß auf das Tonrohr unzulässige hohe mechanische Spannungen ausgeübt wer- den, die zu einer Zerstörung des Tonrohrs führen könnten und gleichzeitig ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gießwerkstoff und dem Tonrohr hergestellt, durch die das Ton- rohr am Flansch gehalten ist.

Eine Flanschverbindung zwischen Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten muß den temperaturbedingten Verände- rungen der Abmessungen folgen, um ihre Formschlüssigkeit und damit auch gegebenenfalls eine Dichtwirkung zu behalten. Ein Beispiel für eine derartige Druck-oder Flanschverbindung ist bei einer Hochspannungsdurchführung gegeben. Bei einer Hoch- spannungsdurchführung kann z. B. ein Aluminiumflansch zum Einsatz kommen, der einen gießharz-imprägnierten Isolierkör- per zu dessen Befestigung kraftschlüssig umschließt. Durch- führungen werden allgemein unter erhöhten Umgebungstemperatu- ren eingesetzt und müssen beim Einsatz in Geräten oder Anla- gen mit starken Eigenschwingungen dauerhaft einen festen und sicheren Flanschsitz beibehalten. Dies betrifft insbesondere Durchführungen für Generatoren, die aufgrund ihrer rotieren- den Massen mechanische Vibrationen aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einem Flansch und ein Verfahren zur Herstellung einer Druck- verbindnung für einen derartigen Flansch anzugeben, wobei ei- ne sichere und feste Verbindung und dauerhafte Dichtwirkung- auch bei mechanischen Beanspruchungen des Flansches-erhal- ten bleiben soll.

Die Lösung der auf die Anordnung gerichteten Aufgabe mit ei- ner Anordnung gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß der Füll- stoff volumenelastisch ist und daß die Menge des Gießwerk- stoffs derart bemessen ist, daß bei ausgehärtetem Gießwerk- stoff der Füllstoff auf einen vorgegebenen Wert komprimiert ist. Dabei wird von der Idee ausgegangen, daß als Verbin- dungsmittel keine festen Materialien, sondern eine Kombinati- on aus einem komprimierbaren Füllstoff und einem Gießwerk- stoff eingesetzt wird, wobei der Gießwerkstoff nach der me- chanischen Montage des Flansches auf seinem zugeordneten Bau- teil eingebracht werden kann. Die für die Druckverbindung er- forderliche Kraft ist dabei auf einfache Weise durch die Men- ge des Gießwerkstoffs bestimmt. Dadurch wird die Anordnung bei der Herstellung auf den erforderlichen radialen Druck ge-

bracht. Unter Druckverbindung wird hier die kraftschlüssige Verbindung zwischen Flansch und Bauteil verstanden, die durch diese radialen Kräfte entsteht. Die Verbindung braucht dabei nicht starr sein. Sie kann vielmehr durch die Wahl von Mate- rialien und Druck"elastisch"sein, so daß kleine Bewegungen zwischen Flansch und Bauteil möglich sind.

Mit Vorteil weist der Hohlraum die Form eines Hohlzylinders auf. Damit kann je nach Anforderung auf eine vorgegebene Län- ge des Flansches die gewünschte spezifische Druckkraft oder -wirkung erzielt werden. Der Hohlraum ist dabei mit Vorteil als Ausnehmung im Flansch angeordnet. Damit ist eine einfache Herstellbarkeit gegeben, wobei an dem teuren und aufwendigen Bauteil selbst keine Veränderungen vorgenommen werden müssen.

Es ist günstig, wenn der Flansch eine mit dem Hohlraum ver- bundene Einfüllöffnung für den Gießwerkstoff aufweist. Damit ist eine Anordnung nach Art eines"Reifenventils"gebildet.

Der Hohlraum ist damit auf einfache Weise mit dem Gießwerk- stoff befüllbar.

Bevorzugt ist die Lage mit dem Gießwerkstoff zwischen dem Bauteil und der Lage des Füllstoffs angeordnet. Damit ist zwischen dem Bauteil, das ggf. aus einem Kunststoff oder ei- nem Harz gefertigt ist, eine fest Verbindung hergestellt, die dauerhaft mechanisch fest und bei Bedarf auch dicht ist. Da- bei kann die Lage des Gießwerkstoffs eine Schulter bilden, die als Anschlag für den Flansch dient. Auf diese Weise ist eine axiale Verschiebung des Flansches gegenüber dem Bauteil vermieden. Der ausgehärtete Gießwerkstoff dient somit als Plombe oder Sicherung. Gegebenenfalls kann auch ein Verdreh- schutz vorgesehen sein, so daß eine Zerstörung der Druckver- bindung vermieden ist.

Damit ist der erforderliche Druck für die gebildete Druckver- bindung und Dichtwirkung vorgebbar.

Bevorzugt ist das Bauteil ein Isolator einer Durchführung, insbesondere für Hoch-oder Mittelspannung. Insbesondere ist dabei ein Einsatz als Generatordurchführung von Vorteil.

Als Gießwerkstoff kommt bevorzugt ein Gießharz zur Anwendung.

Damit ist ein Werkstoff verwendet, der standardmäßig verfüg- bar und ggf. ohnehin bei der Herstellung des Bauteils verwen- det wird. Somit ist auch eine gute Verbindung zwischen dem Gießwerkstoff und dem Bauteil ermöglicht.

Für den Füllstoff, der als Polsterschicht dient, kommt ein volumenelastischer Werkstoff in Frage, der aufgrund seiner Federeigenschaften einen dauerhaften mechanischen Druck bei- behält. Der Druck muß dabei auch bei wechselnden Temperatur- verhältnissen aufrechterhalten bleiben. Als Werkstoff kommt z. B. ein Elastomer, Kork oder z. B. Perbunan zur Anwendung.

Bei Bedarf können im Flansch auch zusätzliche Nuten mit wei- teren Dichtmitteln vorgesehen sein, die eine zusätzliche Si- cherung und Abdichtung der Flanschverbindung ermöglichen.

Die Lösung der auf das Verfahren gerichteten Aufgabe gelingt mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 11. Erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen Flansch und Bauteil eine koaxiale Lage eines Füllstoffs eingelegt wird, und daß eine derart vorgegebene Menge Gießwerkstoff als Lage zwischen Bauteil und Füllstoff eingefüllt wird, daß der Füllwerkstoff um einen vorgegebenen Wert komprimiert ist. Auf diese Weise ist eine einfache Druckverbindung für einen Flansch gegeben, die auch hohen mechanischen Einsatzbedingungen-auch bei er- höhtenUmgebungstemperaturen-standhält.

Weitere Vorteile und gegebenenfalls vorteilhafte Weiterbil- dungen des Verfahrens ergeben sich sinngemäß aus den obigen Ausführungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, weitere Vorteile und Details werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu- tert.

Die einzige Figur zeigt einen Teilausschnitt einer Flansch- verbindung im Längsschnitt. Dabei ist eine rotationssymetri- sche Durchführung 1 gezeigt, die einen Isolator 3 umfaßt, durch den entlang seiner Längsachse ein Leiter 5, insbesonde- re ein Stromleiterrohr, geführt ist. Zur Befestigung der Durchführung 1 an seinem Einsatzort, z. B. an einem Hochspan- nungstransformator oder einem Generator, ist ein Flansch 7 vorgesehen, der den Isolator 3 umschließt.

Der Isolator 3 kann in üblicher Weise nach dem Stand der Technik aufgebaut sein. Beispielhaft kann er als Gießharzwik- kel, also aus gießharzimprägnierten Papierlagen, ausgeführt sein. Ggf. können auch zusätzliche leitende Lagen zur Poten- tialsteuerung eingelegt sein. Der Flansch 7 ist aus Festig- keitsgründen bevorzugt aus Metall gefertigt. Hierbei kommt insbesondere Aluminium zum Einsatz.

Zur Erzeugung einer besonders guten kraftschüssigen Verbin- dung zwischen Flansch 7 und Isolator 3 ist vorliegend eine sogenannte Druckverbindung vorgesehen, die im wesentlichen eine Lage 9 eines komprimierbaren Füllstoffs und eine Lage 11 eines Gießwerkstoffs umfaßt. Die beiden Lagen 9 und 11 sind dabei in einem den Isolator 3 umlaufenden Hohlraum 13 ange- ordnet, welcher bevorzugt innenseitig in die Wandung des Flanschstutzens 15, z. B. als Ausnehmung eingearbeitet ist.

Die Lage 11 des Gießwerkstoffs ist dabei mit Vorteil direkt auf den Isolator 3 aufgebracht, so daß hier eine besonders gute Verbindung hergestellt ist. Damit ist an den beiden end- seitigen Bereichen des Hohlraums 13 von der Lage des Gieß- werkstoffs 11 jeweils eine Schulter 17a bzw. 17b gebildet, die als Anschlag gegenüber dem Flansch 7 dient. Damit ist ei-

ne axiale Verschiebung oder Längsverschiebung des Flansches 7 gegenüber dem Isolator 3 verhindert.

Die Lage 11 des Gießwerkstoffs kann dabei auf die Oberfläche des Isolators 3 oder ggf. auch in eine Nut des Isolators 3 eingelegt sein, so daß eine zusätzliche Erhöhung der Festig- keit und Dichtwirkung gegeben ist.

Eine zusätzliche Erhöhung der Dichtwirkung kann erzeugt sein, indem optional endseitig von dem Hohlraum 13 Nuten 19a und 19b vorgesehen sind, in denen zusätzliche Dichtmittel 21a und 21b eingelegt sind. Als Dichtmittel hierfür kommt jeweils z. B. ein 0-Ring aus einem geeigneten Werkstoff, z. B. Elasto- mer oder Gummi, oder auch Kombinationen hiervon in Frage.

Zur Herstellung der Druckverbindung wird derart verfahren, daß zunächst die Lage 9 des Füllwerkstoffs in den Hohlraum 13 eingelegt wird und der Flansch 7 auf den Isolator 3 gestülpt wird. Durch eine Einfüllöffnung 23 wird der dann noch flüssi- ge Gießwerkstoff mit einem vorgegebenen Druck in den Hohlraum 13 eingepreßt. Der Preßdruck muß dabei während der Aushärtung des Gießwerkstoffs erhalten bleiben. Das Gießharz dient dabei in seiner flüssigen Phase als hydraulische Flüssigkeit.

In einer praktischen Ausführung der Druck-oder Flanschver- bindung wurde bei einem Fülldruck von ca. 6 bar auf die so erzeugte Fassungsstelle ein radialer Gesamtdruck von 4,2 t erzeugt. Aufgrund dieser Angabe ist ersichtlich, für welch hohe Beanspruchung eine derartige Druck-oder Flanschverbin- dung geeignet ist und welche Kräfte hier beherrscht und ange- wendet werden können.

Als aushärtbarer Gießwerkstoff kann z. B. ein Werkstoff zur Anwendung kommen, der unter dem Begriff Epoxidharz bekannt ist. Als Füllwerkstoff kommt ein volumenelastischer Werk- stoff, insbesondere ein Elastomer oder ein Elastomer in Ver- bindung mit Kork in Frage.

Selbstverständlich sind im Rahmen der vorliegenden Idee auch weitere zusätzliche Ausgestaltungen möglich, die bei Flansch- verbindungen allgemein bekannt und üblich sind, z. B. zusätz- liche Dichtanordnungen, mechanische Verriegelungen, Verdreh- sicherungen oder zusätzliche Befestigungen. Wesentlich für die vorliegende Idee ist, daß ein volumenelastischer Füll- stoff hydraulisch derart zusammengepreßt wird, daß aufgrund seiner Federeigenschaften ein dauerhafter mechanischer Druck für die kraftschlüssige Verbindung erzeugt ist. Dabei kommt als hydraulische Flüssigkeit ein aushärtbares Gießharz zur Anwendung, das im flüssigen Zustand unter hohem Druck einge- preßt wird und den volumenelastischen Füllstoff zusammen- preßt. Die Druckverbindung ist dabei nach der Aushärtung des Gießwerkstoffs hergestellt.

Eine derartig hergestelle Durchführung kommt insbesondere bei Generatoren zur Anwendung, bei denen aufgrund ihrer Rotati- onsbewegung starke mechanische Schwingungen erzeugt werden, die die dort angebauten Einrichtungen stark belasten. Durch die neue Verbindungstechnik ist eine elastische Verbindung erzeugt, wodurch bei Dämpfung der Schwingungen an der Durch- führung eine Erhöhung der Lebensdauer erzielt ist.