DE69831461T2

DE69831461T2 - Dichtungsbalg für Hochspannungsverbinder und erhaltener Hochspannungsverbinder

Info

Publication number: DE69831461T2
Application number: DE69831461T
Authority: DE
Inventors: Hans W.A. Jedlitschka; Jacques Sireul
Original assignee: GE Medical Systems SCS
Current assignee: GE Medical Systems SCS
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2018-10-10
Also published as: FR2769756B1; DE69831461D1; US6213805B1; FR2769756A1; CA2249495C; CN1191740C; KR19990036921A; EP0908971A1; CA2249495A1; CN1226800A; JPH11204167A; KR100538895B1; JP4524006B2; EP0908971B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Dichtungsmanschetten/Dichtungsring-Element entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Hochspannungs-(HV)-Verbinder, insbesondere um Röntgenröhren mit Strom zu versorgen.
Die HV-Stromquelle zum Betreiben einer Röntgenröhre ist üblicherweise in einem Gehäuse untergebracht, das mit einem isolierenden und kühlenden Medium, im Allgemeinen einem Mineralöl, gefüllt ist während auch die Röntgenröhre ihrerseits in einem weiteren Gehäuse untergebracht ist, das mit einem isolierenden und kühlenden Medium, beispielsweise einem Mineralöl, gefüllt ist.
In Abhängigkeit von dem Typ der HV-Stromquelle und dem Typ der Röntgenröhre, sei diese einpolig oder symmetrisch, leiten ein oder mehrere HV-Kabel HV-Strom von der Quelle zu der Röntgenröhre. Diese Stromleitungen sind mittels hermetisch abgedichteter HV-Verbinder an die HV-Quelle und an die Röntgenröhre angeschlossen.
Diese HV-Verbinder basieren im Allgemeinen auf zwei Teilen, nämlich einer aufnehmenden Buchse oder Steckbuchse, die dauerhaft an dem Gehäuse befestigt ist, und einem Stecker oder Steckverbinder, der dazu dient in die Steckbuchse gesteckt zu werden, um einen elektrischen Durchgang zu erzeugen, und der das Ende des HV-Kabels bildet.
Um den hohen Spannungen der Quelle und der Röntgenröhre standzuhalten, die bis zu 150 kV oder mehr betragen können, sind die Steckbuchse und der Stecker des HV-Verbinders aus einem isolierenden Material gefertigt und sind im Allgemeinen nach international vorgeschriebenen Standards gestaltet und bemessen.
Um den Benutzer zu schützen, sind das Gehäuse der HV-Quelle und der Röntgenröhre geerdet, und eine äußere Hülle des HV-Kabels liegt ebenfalls über Metallteile der Steckbuchse und des Steckers an Masse.
Die HV-Quelle und die Röntgenröhre sind mit dem HV-Kabel durch zusammenwirkende Metallkontakte elektrisch verbunden, die in der Steckbuchse der Verbinder angeordnet sind.
Um eine elektrische Funkenentladung zwischen den Kontakten und den Metallteilen des Verbinders der HV-Quelle oder der Röntgenröhre zu vermeiden, ist der Spalt zwischen der Steckbuchse und dem Stecker mit einem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt, beispielsweise mit einem Mineralöl oder -fett, wie einem Silikonöl oder -fett.
Um dieses isolierende Fluid in dem Spalt zwischen der Steckbuchse und dem Stecker zu halten, ist zwischen dem offenen Ende der Steckbuchse und einem Flansch des Steckers eine ringförmige Dichtung angeordnet. Da sich das Volumen des isolierenden Fluids in Abhängigkeit von der Temperatur ändert und in der Tat mit steigender Temperatur anwächst, ist es zur Vermeidung von übermäßig hohen Drücken, die zu einem Entweichen von isolierendem Fluid und durch die Gefahr eines Hochspannungsfunkenüberschlags sogar zur Zerstörung der Steckbuchse führen könnten, erforderlich, diesen Volumenzuwachs des isolierenden Fluids zu kompensieren.
Um derartige Volumenänderungen des isolierenden Fluids zu kompensieren, wird ein Manschetten/Ring-Element verwendet, dessen Volumen in Abhängigkeit von dem Druck des isolierenden Fluids variiert, um den Zuwachs des Volumens des isolierenden Fluids unterzubringen. Ein derartiges Manschetten/Ring-Element ist aus US-5 358 419 bekannt.
Außerdem muss diese ringförmige Dichtung ihre Funktion über einen breiten Temperaturbereich erfüllen und in der Lage sein, dem heißen isolierenden Fluid chemisch zu widerstehen.
Ein erstes üblicherweise verwendetes Manschetten/Ring-Element ist in 2 dargestellt. Dieser Ring 41 ist ein Metallring, dessen Seitenwand 42 ziehharmonikaförmig gestaltet ist. Der Ring ist leicht zu handhaben und über lange Zeit zuverlässig, jedoch sehr kostspielig in der Herstellung.
Ein ebenfalls verwendetes weiteres Manschetten/Ring-Element ist in 3 dargestellt. Dieser Verbundstoffring 43 setzt sich aus einem flachen Metallkreisring 44 zusammen, an den ein Elastomerkreisring 45 befestigt ist, so dass innerhalb des Metallkreisrings 44 ein Halbtorus definiert ist. Dieses Manschetten/Ring-Element ist schwierig zu handhaben, und erfordert zur Vermeidung von Lecks außerordentlich genaue Einpassmittel und ist kostspielig.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Hochspannungssteckverbindung ein Manschetten/Ring-Element zu schaffen, das die Nachteile der Manschetten/Ring-Elemente aus dem Stand der Technik beseitigt, und das ins besondere zuverlässig, problemlos herzustellen und kostengünstig ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen HV-Verbinder zu schaffen, der ein Manschetten/Ring-Element dieser Art verwendet.
Gemäß der Erfindung ist ein für einen HV-Verbinder zu verwendendes Manschetten/Ring-Element geschaffen, das auf einem ringförmigen Kern basiert, der aus einem geschlossenzelligen Elastomerschaum hergestellt ist, der zu Gänze mit einer Abdeckschicht versehen ist, die auf einem Elastomer basiert, das in der Lage ist, der Isolier- und Kühlflüssigkeit bei der HV-Betriebstemperatur des Verbinder standzuhalten.
Für den Kern des Manschetten/Ring-Elements kann gemäß der Erfindung ein beliebiger geschlossenzelliger Elastomerschaum verwendet werden, beispielsweise ein Polyurethan- oder Neoprenschaum.
Nachdem die üblichen Elastomerschäume nicht über die gewünschte Beständigkeit gegen die in dem HV-Verbinder anwesende Isolier- und Kühlflüssigkeit (beispielsweise ein Öl) verfügen, insbesondere, wenn diese erhitzt ist, ist der Elastomerschaum vollständig mit einer Abdeckschicht versehen, die auf einem Elastomer basiert, der gegen die Isolier- und Kühlflüssigkeit bei der HV-Betriebstemperatur des Verbinders beständig ist.
Für die Abdeckschicht kann ein beliebiges Elastomer verwendet werden, das die oben erwähnte Voraussetzung erfüllt. Als verwendbare Elastomere sind Olefinelastomere, wie Neopren, elastomere Polyester, Silikonelastomere, halegonierte Olefinelastomere, speziell chlorierte Olefinelastomere und Polyurethanelastomere zu erwähnen.
Die Erfindung wird nun eingehender anhand von Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt in einem Längsschnitt einen HV-Verbinder mit einem Manschetten/Ring-Element;
2 zeigt in einem Längsschnitt ein Manschetten/Ring-Element aus dem Stand der Technik;
3 zeigt in einem Längsschnitt ein weiteres Manschetten/Ring-Element aus dem Stand der Technik; und
4 zeigt in einem Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Manschetten/Ring-Elements der vorliegenden Erfindung.
1 veranschaulicht einen HV-Verbinder, in dem ein Manschetten/Ring-Element verwendet werden kann.
Der HV-Verbinder in 1 weist eine aufnehmende Buchse oder Steckbuchse 10 und einen Stecker oder Steckverbinder 20 auf.
Die Steckbuchse 10 ist an dem Gehäuse 30 einer HV-Vorrichtung, beispielsweise einer HV-Stromversorgungsquelle oder einer Röntgenröhre befestigt. Diese Steckbuchse 10 weist ein im Allgemeinen elektrisch isolierendes kegelstumpfförmiges Gehäuse auf, das mit einer Seitenwand 11, einer Stirnwand 12 und einem mit einem Kupplungsflansch 13 versehenen offenen Ende ausgebildet ist.
An der Stirnwand 12 ist innerhalb der Steckbuchse 10 ein elektrischer Kontakt 14 angeordnet, beispielsweise ein Buchsenkontakt.
Zu dem elektrisch mit einem HV-Kabel 24 verbundenen Stecker 20 des Verbinders gehören ein aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellter Grundkörper 21 mit einer Kegelstumpfform, die komplementär zu der Steckbuchse 10 ausgebildet ist, und ein im Allgemeinen aus Metall hergestellter ringförmiger Flansch 22, wo das Isolatorgrundelement 21 auf das HV-Kabel 24 trifft.
Die Vorderseite des Isolatorgrundelements 21 weist einen elektrischen Kontakt 23 auf, beispielsweise einen Steckerkontakt, der mit dem Leiter des HV-Kabels 24 verbunden ist und mit dem Kontakt 14 der Steckbuchse 10 zusammenwirkt, um einen elektrischen Durchgang zwischen der HV-Spannungsquelle oder der Röntgenröhre und dem HV-Kabel 24 herzustellen, wenn der Stecker 20 in die Steckbuchse 10 gesteckt wird.
Wie in 1 dargestellt, wird die Steckbuchse 10 über den Flansch 13 mittels einer intermediären mit Gewinde versehenen ringförmigen Schraube 31, die mit einer komplementären mit Gewinde versehenen vertikalen Wand des Gehäuses 30 zusammenwirkt, an dem Metallgehäuse 30 gehalten.
Zwischen dem Flansch 13 der Steckbuchse 10 und einem ringförmigen Rand des Zwischenrings 31 ist ein erfindungsgemäßes Manschetten/Ring-Element 40 angeordnet.
Der Stecker 20 des Verbinders wird in der Steckbuchse 10 durch die Kompressionskraft gehalten, die durch eine mit Gewinde versehene ringförmige Schraube 32, die mit der mit Gewinde versehenen vertikalen Wand des Gehäuses 30 zusammenwirkt, auf den ringförmigen Flansch 22 ausgeübt wird, so dass Letzterer gegen die intermediäre Schraube 31 gedrückt wird.
Das Gehäuse 30, die intermediäre Schraube 31 und die Schraube 32, die aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gefertigt sind, stellen einen Massekontakt der Abschirmung des HV-Kabels 24 zu dem Gehäuse sicher.
Zwischen dem Gehäuse 30 und dem Flansch 13 der Steckbuchse 10 und zwischen der intermediären Schraube und den Flanschen 13 und 22 der Steckbuchse 10 und dem Stecker 20 sind im Allgemeinen herkömmliche O-Ringdichtungen 34, 35, 36 angeordnet.
Der Raum zwischen dem Isolatorgrundelement 21 des Steckers 20 und der Innenfläche der Steckbuchse 10 ist mit einer elektrisch isolierenden und kühlenden Flüssigkeit 25 gefüllt, beispielsweise mit einem Öl.
Wenn der HV-Verbinder in Betrieb ist, erhöht der Anstieg der Temperatur der Isolier- und Kühlflüssigkeit den durch die Flüssigkeit ausgeübten Druck. Das erfindungsgemäße Manschetten/Ring-Element 40 ermöglicht es, die dichtende Wirkung zwischen der Steckbuchse 10 und dem Stecker 20 des Verbinders aufrecht zu erhalten, indem es den Druckanstieg der isolierenden Flüssigkeit aufnimmt.
Wie in 4 gezeigt, weist das erfindungsgemäße Manschetten/Ring-Element 40 einen ringförmigen Kern 47 auf, der aus einem geschlossenzelligen Elastomerschaum hergestellt ist, der vollständig mit einer Abdeckschicht 48 beschichtet ist, die auf einem Elastomer basiert, das bei der Betriebstemperatur des Verbinders gegen Isolier- und Kühlflüssigkeit beständig ist.
Wegen der Anwesenheit des geschlossenzelligen Elastomerschaumkerns 47 weist das Manschetten/Ring-Element eine ausreichende Elastizität auf, um das vermehrte Volumen der isolierenden Flüssigkeit zu kompensieren. Die Elastomerdeckschicht 48 verleiht dem Manschetten/Ring-Element die Fähigkeit, gegen den korrosive Wirkung der heißen isolierenden Flüssigkeit zu widerstehen, während herkömmliche Elastomerschäume nicht über eine ausreichende Korrosionsfestigkeit verfügen.

Claims

Dichtungsmanschette/Ring für eine Hochspannungssteckverbindung, wobei zu der/dem Manschette/Ring ein ringförmiger Kern (47) gehört, der aus einem geschlossenzelligen Elastomerschaum hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern zu Gänze mit einer Elastomerdeckschicht (48) beschichtet ist, die bei der Betriebstemperatur der Steckverbindung gegen die innerhalb der Steckverbindung verwendete elektrische Isolier- und Kühlflüssigkeit beständig ist.
Manschette/Ring nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Kern basierend auf Polyurethan- oder Neoprenschaum hergestellt ist.
Manschette/Ring nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Elastomer der Deckschicht aus Olefin-, halogenierten Olefin-, Polyester-, Silikon- und Urethanelastomeren ausgewählt ist.
Hochspannungssteckverbindung, zu der gehören: eine Steckbuchse (10), ein zu der Steckbuchse (20) komplementärer Stecker, der sich in die Steckbuchse einstecken lässt, um eine elektrische Kontinuität zu schaffen, und eine/ein Manschette/Ring (40) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, der/die zwischen der Steckbuchse (10) und dem Stecker (20) angeordnet ist, um den Anstieg des Volumens der Isolierfluid aufzunehmen.
Hochspannungssteckverbindung nach Anspruch 4, in der die/der Manschette/Ring (40) zwischen einem Flansch (22) des Steckers (20) und einem Flansch (13) der Steckbuchse (10) angeordnet ist.