DE102008045819A1

DE102008045819A1 - Elektrische Durchführung, insbesondere für Sicherheitsbehälter

Info

Publication number: DE102008045819A1
Application number: DE102008045819A
Authority: DE
Inventors: Johann Bernauer
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-06
Also published as: CN101667479B; GB2463356A; KR20100029053A; DE102008045819B4; GB0915497D0; GB2463356B; GB0914985D0; GB2463970A; CN101667479A; US20100065305A1; KR101605562B1; US8461456B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte elektrische Durchführung, insbesondere für Sicherheitsbehälter, umfassend zumindest einen elektrischen Leiter, welcher durch ein festes Isolationmaterial durchgeführt ist, wobei über zumindest einen auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragenden Abschnitt des Leiters eine Silikon-Isolierung aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Durchführungen, insbesondere zum Durchführen elektrischer Ströme aus und in hermetische Behälter. Im speziellen betrifft die Erfindung die außenseitige Isolierung des oder der Leiter einer solchen Durchführung.
Elektrische Durchführungen werden unter anderem als Bestandteile oder Anbauteile von hermetischen Behältern verwendet, um Ströme und elektrische Signale aus und in solche Behälter zu führen. Als Beispiel seien Vakuumbehälter genannt, bei welchen elektrische Ströme in das Behälterinnere geführt werden müssen. Unter anderem wenn an der Durchführung hohe Temperaturen auftreten können, ist Kunststoff als Isolation der Leiter nicht mehr ausreichend. Auch ist bei Durchführungen für Vakuumanwendungen vielfach eine sehr geringe Permeabilität des Isolationsmaterial gefordert. Unter diesen Voraussetzungen ist Kunststoff als Isolationsmaterial für die Leiter im allgemeinen ungeeignet. Hohe Anforderungen werden auch an elektrische Durchführungen von Sicherheitsbehältern gestellt. Solche Behälter können Gefahrgut-Behälter oder insbesondere auch kerntechnische Behälter, wie etwa Reaktorkammern sein. Auch hier soll die Durchführung geringstmögliche Permeabilität aufweisen, um das Ein- oder Ausdringen von Gefahrstoffen zu vermeiden. Weiterhin muß eine solche Durchführung auch hohen Temperaturen lange standhalten können. Insbesondere bei kerntechnischen Sicherheitsbehältern ist hier auch die Langzeitstabilität einer solchen Durchführung entscheidend für die Betriebssicherheit. Als Isolationsmaterial für solche Anwendungen hat sich insbesondere Glas bewährt. Probleme können aber noch an den Leitern selber auftreten. So sind metallische Leiter korrosionsgefährdet. Auch sollte eine solche Durchführung in feuchten Umgebungen noch funktionieren. So sollte bei Dampfentwicklung im oder außerhalb des Sicherheitsbehälters und Kondensation von Feuchtigkeit an den Leitern das Auftreten von Kriechströmen vermieden werden.
Bisher wurden zur Isolation der Leiter von Durchführungen für Sicherheitsbehälter dazu Schrumpfschläuche eingesetzt. Durch die Wärmeschrumpfung wird dabei der Leiter fest und wasserdicht umschlossen. Bevorzugtes Material dieser Schläuche war bisher Polyolefin. Derartige Schrumpfschläuche weisen jedoch einige Nachteile auf. Um eine hinreichende Flammbeständigkeit zu erreichen, sind derartige Schrumpfschläuche im allgemeinen mit Flammhemmern versetzt. Diese üblicherweise halogenhaltigen Flammhemmer sind jedoch toxisch und daher nicht für alle Anwendungen geeignet. Auch sind Schrumpfschläuche als Isolationsmaterial vergleichsweise teuer.
Wünschenswert wäre es daher, elektrische Durchführungen hinsichtlich der oben genannten Nachteile zu verbessern. Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demgemäß sieht die Erfindung eine elektrische Durchführung, insbesondere für Sicherheitsbehälter vor, umfassend zumindest einen elektrischen Leiter, welcher durch ein festes Isolationsmaterial durchgeführt ist, wobei zumindest ein auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragender Abschnitt des Leiters mit einer Silikon-Isolierung, insbesondere eine Silikon-Elastomer-Isolierung ummantelt ist. Zur Herstellung einer solchen elektrischen Durchführung wird dementsprechend zumindest ein Leiter in einem Isolationsmaterial befestigt, so daß die zwei Enden des Leiters, welche die elektrischen Anschlußenden bilden, aus dem Isolationsmaterial herausragen, wobei zumindest ein auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragender Abschnitt des Leiters mit einer Silikon-Isolierung ummantelt wird.
Silikon hat den Vorteil, elastisch und temperatur- und ausreichend feuerbeständig zu sein. So ist der Einsatz von Flammhemmern bei der Verwendung von Silikon-Elastomer als Isolierung für die aus dem Isolationsmaterial einer elektrischen Durchführung herausragenden Anschlußenden gar nicht mehr notwendig. Insbesondere hat es sich herausgestellt, daß Silikon -Elastomer äußerst alterungsbeständig ist, was besonders bei der Verwendung für elektrische Durchführungen für Reaktorsicherheitsbehälter sehr wichtig ist. Hier muß die Betriebssicherheit über Jahrzehnte hinweg gewährleistet werden. Weiterhin darf eine solche Durchführung auch bei einem Störfall nicht versagen. Es hat sich gezeigt, daß Silikon-Elastomer alle diese Anforderungen erfüllt und auch über die geforderten langen Zeiträume seine Elastizität zumindest soweit erforderlich behält.
Um die Kriechstrecken für Kriechströme möglichst zu verlängern, ist es allgemein besonders vorteilhaft, wenn die Silikon-Isolierung eine möglichst große Oberfläche hat. Dazu kann die Außenfläche der Silikon-Isolierung zumindest teilweise koaxial zum Leiter verlaufen. In diesem Fall kann ein Kriechstrom dann nicht direkt vom Leiter entlang der Oberfläche des Isolationsmaterials zum Rand der Durchführung oder zu einem weiteren Leiter fließen, sondern muß erst entlang des Leiters in Richtung auf das Isolationsmaterial zufließen.
Besonders bevorzugt wird über den auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragenden Abschnitt des Leiters ein Silikon-Elastomerschlauch als Isolierung gezogen. Dies bietet unter anderem den Vorteil, daß eine solche Isolierung leicht austauschbar ist. Eine besonders gute Abdichtung wird dabei dann erzielt, wenn der Silikon-Elastomerschlauch unter Dehnung auf den Leiter gezogen wird. Aufgrund seiner elastischen Eigenschaften legt sich der Schlauch dann fest um den Leiter und kann sogar das Eindringen von Feuchtigkeit vermeiden. Günstig hat es sich dabei erwiesen, wenn der Silikon-Elastomerschlauch unter Dehnung von zumindest 1 Prozent, bevorzugt zumindest 2 Prozent bezogen auf den Durchmesser des Silikonschlauchs in entspanntem Zustand auf den Leiter aufgezogen ist. Damit steht der Schlauch ausreichend unter Spannung, um eine Positionierung des Leiterabschnitts zu erreichen.
Weiterhin ist es von Vorteil, Silikon-Elastomerschläuche zu verwenden, die nicht zu hart sind, um lokale Unebenheiten auf der Leiteroberfläche ausgleichen zu können und eine rutschfeste reibschlüssige Verbindung zu erreichen. Demgemäß wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, einen Silikonschlauch mit einer Härte von höchstens 40° Shore A, bevorzugt höchstens 35° Shore A über den Leiter zu ziehen.
Die Erfindung ist nicht nur für Einzeldurchführungen mit nur einem Leiter geeignet, besonders vorteilhaft kann eine erfindungsgemäß ausgestaltete Durchführung auch mehrere voneinander in einem gemeinsamen Isolationsmaterial isoliert angeordnete Leiter aufweisen. Durch die erfindungsgemäße Isolation werden so auch die Kriechstrecken zwischen den einzelnen Leitern verlängert, so daß auch in feuchten Umgebungen Kriechströme vermieden oder zumindest stark vermindert werden.
Weiterhin bevorzugt wird eine Weiterbildung der Erfindung, bei welcher die Außenseite des Isolationsmaterials zumindest auf der Seite, auf welcher die Silikon-Isolierung auf den Leiter aufgebracht ist, mit einer Silikon-Isolierung versehen ist. Dazu kann auf die Außenseite des Isolationsmaterials zumindest auf der Seite, auf welcher die Silikon-Isolierung auf den Leiter aufgebracht wird, eine Silikon-Elastomermasse aufgetragen werden. Die Silikon-Isolierung auf dem Isolationsmaterial verhindert zusätzlich die Ausbildung von Kriechströmen, die entweder zwischen mehreren Leitern oder auch von einem oder mehreren Leitern zu einem die Isolierung umgebenden Metallkörper fließen könnten.
Um eine Abdichtung auch an dem zum Isolationsmaterial weisenden Ende des Isolierschlauchs zu erreichen, wird weiterhin bevorzugt, wenn über den auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragenden Abschnitt des Leiters ein Silikon-Elastomerschlauch gezogen und die Außenseite des Isolationsmaterials auf der Seite, auf welcher der Silikon-Elastomerschlauch über den Leiter gezogen ist, mit einer Silikon-Isolierung, insbesondere durch Auftragen von Silikon-Elastomermasse versehen wird, welche auch den Silikonschlauch zumindest teilweise überdeckt.
Besonders bevorzugt als Isolationsmaterial der Durchführung wird weiterhin Glas. Dabei kann der zumindest eine Leiter insbesondere in eine Glasisolierung eingeschmolzen werden, so daß ein hermetisch dichter Glas-Metall-Übergang entsteht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße, als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete elektrische Durchführung in Querschnittansicht. Die Durchführung 1 umfasst einen hohlen Metallkörper 2 mit üblicherweise rotationssymmetrischer oder rechteckiger Grundform, der als Gehäusung dient und einen Flansch 20 für den Einbau der Durchführung 1 in die Wand eines Behälters aufweist. Insbesondere kann die elektrische Durchführung für einen kerntechnischen Sicherheitsbehälter, wie etwa eine Reaktorkammer verwendet werden. Der Metallkörper 2 umfasst zwei Öffnungen 21, 22, über welche die Anschlußenden 30, 31 einer Vielzahl von Leitern 3 zur Verkabelung zugänglich sind. Im eingebauten Zustand mündet dann eine der Öffnungen 21, 22 in den Sicherheitsbehälter, während die Leiter über die andere Öffnung außerhalb des Sicherheitsbehälters zugänglich sind.
Die Leiter 3 sind durch ein festes Isolationsmaterial in Form einer gemeinsamen Glasisolierung 5 durchgeführt, so daß die beiden Anschlußenden 30, 31 aus der Glasisolierung herausragen. Die Glasisolierung ist außerdem mit dem Innenrand des Metallkörpers 2 verschmolzen, so daß zwischen den Öffnungen 21, 22 eine hermetische Abdichtung hergestellt ist.
Um die Kriechstrecken für mögliche Kriechströme zwischen den Leitern 3 und/oder den Leitern und dem Metallkörper möglichst zu verlängern, sind auf beiden Seiten der Glasisolierung herausragende Abschnitte der Leiter 3, welche die Anschlußenenden 30, 31 bilden, mit einer Silikon-Isolierung versehen. Dazu sind jeweils Silikon-Elastomerschläuche 7, 9 über die aus der Glasisolierung 5 herausragenden Abschnitte der Leiter 3 gezogen. Damit verläuft die Außenfläche der Silikon-Isolierung zumindest teilweise koaxial zu den Leitern 3. Im speziellen ist der koaxial verlaufende Teil der Oberfläche der Silikon-Isolierung bei diesem Beispiel die Mantelfläche der Silikon-Elastomerschläuche 7, 9. Die Silikon-Elastomerschläuche 7, 9 sind außerdem kürzer als die herausragenden Abschnitte der Leiter 3, beziehungsweise die Anschlußenden 30, 31, so daß die Enden der Leiter 3 für die Kontaktierung zugänglich bleiben.
Um das Eindringen von Feuchtigkeit zwischen die Silikon-Elastomer-Schläuche 7, 9 und die von diesen umschlossenen Abschnitte der Leiter 3 zu verhindern, wird angestrebt, daß die Silikon-Elastomerschläuche möglichst dicht an den Leitern 3 anliegen. Dies wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß die Silikon-Elastomerschläuche 7, 9 unter Dehnung auf die Leiter gezogen sind. Um eine ausreichende Spannung der Silikon-Elastomerschläuche zu erreichen, werden die Silikon-Elastomerschläuche unter Dehnung von zumindest 1 Prozent, bevorzugt zumindest 2 Prozent bezogen auf den Durchmesser der Elastomerschläuche in entspanntem Zustand auf den Leiter aufgezogen. Bevorzugt werden weiterhin Silikon-Elastomerschläuche mit einer Härte von höchstens 40° Shore A, bevorzugt höchstens 35° Shore A, um eine ausreichende Elastizität zu erreichen.
Eine weitere Verbesserung der Isolierung der Leiter 3 wird erreicht, indem die Außenseiten des Isolationsmaterials zumindest jeweils auf der Seite, auf welcher die Silikon-Elastomerschläuche 7, 9 auf die Leiter 3 aufgebracht sind, mit einer Silikon-Isolierung versehen ist. Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel sind die Silikon-Elastomerschläuche beidseitig aufgebracht. Demgemäß ist auch auf jeder der Außenseiten der Glasisolierung 5 mit den herausragenden Anschlußenden 30, 31 Silikon-Isolierungen 11, beziehungsweise 13 aufgebracht. Dazu wird bevorzugt auf die Außenseiten der Glasisolierung eine Silikon-Elastomermasse aufgetragen.
Um einen dichtenden Anschluß der Silikon-Elastomerschläuche 7, 9 an die Silikon-Isolierungen 11, 13 auf der Glasisolierung 5 zu erreichen, wird besonders bevorzugt, daß die Außenseite des Isolationsmaterials auf der Seite, auf welcher der Silikon-Elastomerschlauch über den Leiter gezogen ist, mit einer Silikon-Isolierung versehen ist, welche auch die Silikonschläuche 7, 9 zumindest teilweise überdeckt. Dazu wird das Auftragen der Silikon-Elastomermasse bevorzugt nach dem Aufziehen der Silikon-Elastomerschläuche 7, 9 durchgeführt. Durch die zusätzlich auf die Glasisolierung 5 aufgebrachten Silikon-Elastomer-Isolierungen mit dichtendem Anschluß an die Elastomerschläuche 7, 9 wird erreicht, daß auch der Übergang zwischen Glasisolierung 5 und Leiter 3 abgedichtet ist, so daß von diesen Stellen, beispielsweise in feuchten Umgebungen, keine Kriechströme ausgehen können.
Es ist dem Fachmann offensichtlich, daß die Erfindung nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann. Anders als in der Figur dargestellt, kann die Erfindung beispielsweise auch auf eine Durchführung mit nur einem jeweils in einer Glasisolierung 5 angeordneten Leiter 3 angewendet werden. Auch ist es möglich, die erfindungsgemäße Silikon-Elastomer-Isolierung mit den Schläuchen nur auf einer Seite der Glasisolierung anzuordnen, wenn beispielsweise die gegenüberliegende Seite keiner erhöhten Feuchtigkeit oder korrosiven Bedingungen ausgesetzt ist. Weiterhin könnte auch ein alternatives Material zur Glasisolierung, wie beispielsweise keramisches Isolationsmaterial oder Polymere wie beispielsweise PEEK oder Epoxide in Reinform oder als Komposite eingesetzt werden.

Claims

Elektrische Durchführung, insbesondere für Sicherheitsbehälter, umfassend zumindest einen elektrischen Leiter, welcher durch ein festes Isolationsmaterial durchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragender Abschnitt des Leiters mit einer Silikon-Isolierung ummantelt ist.
Elektrische Durchführung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Silikon-Isolierung zumindest teilweise koaxial zum Leiter verläuft.
Elektrische Durchführung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragenden Abschnitt des Leiters ein Silikon-Elastomerschlauch gezogen ist.
Elektrische Durchführung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikon-Elastomerschlauch unter Dehnung auf den Leiter gezogen ist.
Elektrische Durchführung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikon-Elastomerschlauch unter Dehnung von zumindest 1 Prozent, bevorzugt zumindest 2 Prozent bezogen auf den Durchmesser des Silikonschlauchs in entspanntem Zustand auf den Leiter aufgezogen ist.
Elektrische Durchführung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silikonschlauch mit einer Härte von höchstens 40° Shore A, bevorzugt höchstens 35° Shore A über den Leiter gezogen ist.
Elektrische Durchführung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Isolationsmaterials zumindest auf der Seite, auf welcher die Silikon-Isolierung auf den Leiter aufgebracht ist, mit einem Verguss aus Silikon-Elastomer versehen ist.
Elektrische Durchführung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher über den auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragenden Abschnitt des Leiters ein Silikon-Elastomerschlauch gezogen und die Außenseite des Isolationsmaterials auf der Seite, auf welcher der Silikon-Elastomerschlauch über den Leiter gezogen ist, mit einer Silikon-Isolierung versehen ist, welche auch den Silikonschlauch zumindest teilweise überdeckt.
Elektrische Durchführung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Leiter in eine Glasisolierung eingeschmolzen ist.
Elektrische Durchführung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere voneinander in einem gemeinsamen Isolationsmaterial isoliert angeordnete Leiter.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung, insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem zumindest ein Leiter in einem Isolationsmaterial befestigt wird, so daß die zwei Enden des Leiters aus dem Isolationsmaterial herausragen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragender Abschnitt des Leiters mit einer Silikon-Isolierung ummantelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß über den auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragenden Abschnitt des Leiters ein Silikon-Elastomerschlauch gezogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikon-Elastomerschlauch unter Dehnung auf den Leiter gezogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikon-Elastomerschlauch unter Dehnung von zumindest 1 Prozent, bevorzugt zumindest 2 Prozent bezogen auf den Durchmesser des Silikonschlauchs in entspanntem Zustand auf den Leiter aufgezogen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silikonschlauch mit einer Härte von höchstens 40° Shore A, bevorzugt höchstens 35° Shore A über den Leiter gezogen wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Außenseite des Isolationsmaterials zumindest auf der Seite, auf welcher die Silikon-Isolierung auf den Leiter aufgebracht wird, eine Silikon-Elastomermasse aufgetragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei welchem über den auf einer Seite des Isolationsmaterials herausragenden Abschnitt des Leiters ein Silikon-Elastomerschlauch gezogen und auf die Außenseite des Isolationsmaterials auf dieser Seite nach dem Aufziehen des Silikonschlauchs eine Silikon-Elastomermasse aufgetragen wird, welche auch den Silikonschlauch zumindest teilweise überdeckt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Leiter in eine Glasisolierung eingeschmolzen wird.
Verwendung von Silikon-Elastomer, insbesondere von Silikon-Elastomerschlauch als Isolierung für die aus dem Isolationsmaterial einer elektrischen Durchführung herausragenden Anschlußenden.