DE1601926A1 - Reinforced body for a cryogenic device - Google Patents

Description

Verstärkter Körper für eine TieftemperaturvorrichtungReinforced body for a cryogenic device

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen verstärkten Körper für eine Tieftemperaturvorrichtung« Derartige Körper werden als Teile in Tieftemperaturvorrichtungen verwendet und haben eine große mechanische Festigkeit gegenüber Druck», Zug« oder anderen Beanspruchungen und ein extrem niedriges Wärmeleitvermögen. In dor vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Tieftemperatür" einen Temperaturbereich, der durch Verwendung von flüssigem Helium erreicht wird, oder allgemein Temperaturen von -2oo° C oder darunter·The present invention relates to a reinforced body for a cryogenic device «Such bodies become used as parts in cryogenic devices and have great mechanical strength against pressure ", tension" or other stresses and an extremely low thermal conductivity. In the present description, the means The term "low temperature" means a temperature range which is determined by Use of liquid helium is achieved, or generally temperatures of -2oo ° C or below

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Flüssiges Helium wird als Medium zum Kühlen des MASER-Teiles und des Magneten einer MASER-Fernmoldevorrichtung oder von einem Supra loitungsmagne ten eines MHD-Generators (Magnetohydrodynamischer Generator) verwendet· Auf der anderen Seite, werden sehr niedrig siedende Substanzen wie Sauerstoff, Wasserstoff oder Stickstoff zur Verwendung in einem weiten Anwendungsbereich verflüssigt· In einer Tieftemperaturvorricntung, bei welcher diese niedrig siedenden Flüssigkeiten gebraucht werden, sind die in dem niedrigsten Temperatur« bereich angeordneten Teile oft so tiefen Temperaturen wie -2oo° C bis «27o° C unterworfen· Aus diesem Grunde sollen die Hauptteile einer derartigen Tieftemperaturvorrichtung aus einem Material bestehen, das eine genügend große mechanische Festigkeit, um der sehr niedrigen Temperatur zu widerstehen, ebenso wie eine genügend niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist , um einen Temperaturanstieg aufgrund der Wärmeübertragung zu verhindern.Liquid helium is used as a medium for cooling the MASER part and the magnet of a MASER telecommunication device or from a supra-conduction magnet of an MHD generator (magnetohydrodynamic generator) used on the other hand, are very low-boiling substances such as oxygen, hydrogen or liquefied nitrogen for use in a wide range of applicationsIn a cryogenic facility, at which these low-boiling liquids are used are those at the lowest temperature " parts arranged in the area are often subjected to temperatures as low as -2oo ° C to «27o ° C. For this reason, the main parts of such a cryogenic device consist of a material that has a sufficiently high mechanical strength to withstand the very low temperature withstand, as well as having a sufficiently low thermal conductivity to a temperature rise due to the Prevent heat transfer.

Metalle wie rostfreier Stahl oder Aluminium haben gegenüber Tieftemparaturen eine ausreichende Festigkeit, während viele Kunstharzarten eine niedrige Wärmeleitfähigkeit haben· Als Folge davon wurden dazu Versuche durchgeführt, bei welchen , aus Zusammenstellungen dieser Metalle und Kunstharze gebildete Teile verwendet wurden. Jedoch haben Kunstharze, x. B. sogar Fluor enthaltende Harze, die eine hohe Festigkeit bei Tieftemperaturen aufweisen, unglücklicherweise eine nichtMetals like stainless steel or aluminum have opposite Cryogenic temperatures provide sufficient strength, while many Synthetic resin types have a low thermal conductivity.As a result, tests have been carried out in which, Parts formed from assemblies of these metals and synthetic resins have been used. However, synthetic resins, x. B. even Fluorine-containing resins that have high strength at low temperatures unfortunately one does not

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- 3 -■■ Λ ■■■■. -- 3 - ■■ Λ ■■■■. -

ausreichende Zugfestigkeit. Deshalb haben Teile, die aus Kombinationen von Metallen und Kunstharz bestehen« wenn sie einer derartigen Kraft unterliegen, wie sie von einer Zugspannung im Inneren verursacht wird, den Nachteil« daß der aus Harz bestehende Anteil eines derartigen Teiles bricht.sufficient tensile strength. Therefore, parts composed of combinations of metals and synthetic resin "when subjected to such a force as caused by internal tensile stress" have the disadvantage that the resin part of such part is broken.

Erfindungsgemäß wird ein verstärkter Körper für eine Tief«= temperaturvorrichtung geschaffen, der einen Metallteil und einen damit verklebten, Fluor enthaltenden Harzteil umfaßt, wobei der Metallteil mit dem Harzteil in einem Zustand verbunden wird, bei. welchem eine in seiner Längsrichtung wir» kendc Kontraktions- bzw· Schrumpfbeanspruchung aufrecht erhalten wird.According to the invention, a reinforced body is used for a low «= temperature device created, which has a metal part and comprises a fluorine-containing resin part bonded thereto, wherein the metal part is connected to the resin part in one state is at. which maintains a contraction or shrinkage stress acting in its longitudinal direction is obtained.

Selbst wenn keine äußere Kraft aufgebracht wird, behält das erfindungsgcmäße, verstärkte Material in seinem Inneren aufgrund' des sich naturgemäß in Längsrichtung Zusatnraenziehens des Metallteiles noch eine Kontraktionsspannung bei. Wo eine äußere Zugkraft auf dieses verstärkte Material aufgebracht wird, wirkt diese deshalb tatsächlich nicht auf das Innere des Materials bis sie die innere Spannung des Materials, die in dessen Kontraktionsrichtung auftritt, überschreitet, d. h. das Material wird nur dann von einer derartigen äußeren Zugkraft beeinflußt« wenn diese Kraft die innere Spannung desEven if no external force is applied, it remains according to the invention, reinforced material inside due to ' of naturally tightening in the longitudinal direction the metal part still has a contraction tension. Where an external tensile force is applied to this reinforced material is therefore actually not affecting the Inside of the material until it shows the internal tension of the material, which occurs in its direction of contraction, exceeds, d. H. the material is only characterized by such an external Tensile force affects «if this force affects the internal tension of the

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BADBATH

Materials übersteigt· Dies bedeutet, daß die Zugspannung des betreffenden verstärkten Materials bis zu einem Ausmaß zunimmt, das der darin aufrecht erhaltenen inneren Spannung gleich ist. Wenn andererseits das Material einer äußeren Druckkraft unterliegt, widersteht der Fluor enthaltende Harzteil der Kraft aufgrund seiner großen Druckfestigkeit· Vom praktischen Standpunkt aus treten deshalb durch die verringerte Druckfestigkeit des verstärkten Materials, die sich aus seiner aufrecht erhaltenen Beanspruchung durch Zusammenziehen ergibt., keine wesentlichen Schwierigkeiten auf.Material exceeds · This means that the tensile stress of the respective reinforced material increases to an extent that corresponds to the internal stress maintained therein is equal to. If, on the other hand, the material is an external Subjected to compressive force, the fluorine-containing resin part withstands the force due to its great compressive strength From a practical point of view, therefore, the reduced compressive strength of the reinforced material causes the from its sustained use Contraction gives., No major difficulties.

Anhand der beiliegenden Figuren wird eine beispielsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert«Using the accompanying figures, an example Embodiment of the present invention explained «

Fig. 1 bis k zeigen teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansichten des erfindungsgemäßen Körpers.1 to k show partially cut-away perspective views of the body according to the invention.

Pig· 5 ist ein Diagramm, welches die Wärmeleitfähigkeiten verschiedener metallischer Stoffe und von Kunstharzen bei Tieftemperaturen zeigt·Pig · 5 is a graph showing the thermal conductivities various metallic substances and synthetic resins Low temperatures shows

Fig. 6 ist ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Verhältnis der Querschnittsfläche des Kunstharzteiles zu der des Metallteiles und der Spannung des Kunstharzteiles zeigt.Fig. 6 is a diagram showing the relationships between the ratio of the cross-sectional area of the synthetic resin member to that of the metal part and the tension of the resin part.

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Fig. 7 ist ein Diagramm, welches die Beziehungen des Kunst«' harzteiles gegen die Süßere Belastung und der Spannung aufgrund des Zusammenziehens des Metallteiles zeigt.Fig. 7 is a diagram showing the relationships of art resin part against the sweeter load and tension due to the contraction of the metal part.

Figo 8 ist ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen der Spannung des Kunstharzteiles und der aufgebrachten Belastung zeigt.Figo 8 is a diagram showing the relationships between the tension of the resin part and the applied load.

Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße, säulenförmige, verstärkte Körper umfaßt eine schmale Metallstange 11 und eine Kunstharzmasse 12, die an der Umfangsoberfläche davon befestigt ist« Da die Metallstange 11 gespannt gehalten wird bis sich das Kunstharz 12 verfestigt, hat die Stange bzw. der Stab 11 eine in seiner Längsrichtung wirkende Zugspannung·The inventive, columnar, shown in Fig. 1 reinforced body comprises a narrow metal rod 11 and a synthetic resin compound 12 attached to the peripheral surface thereof is attached «Since the metal rod 11 is held taut until the synthetic resin 12 solidifies, the rod has or the rod 11 acts in its longitudinal direction Tensile stress

Der in Fig. 2 gezeigte Körper für eine Tieftemperaturvorrichtung umfaßt einen Metallteile der aus einem Paar Metalldrähte 13 gebildet wird, die in einem geringen Abstand zueinander parallel angeordnet sind, und eine Metallscheibe l4, die gemeinsam an dem Ende eines jeden Drahtes auf der gleichen Seite angebracht sind, und einen Kunstharzteil 15» der dicht an die Ümfangsoberflache des Metallteiles gebunden ist ο Der Kunstharzteil 15 bildet weiterhin einen Flanschabschnitt l6 um die Metallscheibe i4 und einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 1? an dem den Flanschabschnitt The body for a cryogenic device shown in Fig. 2 comprises a metal piece formed from a pair of metal wires 13 which are arranged in parallel at a small distance from one another, and a metal washer 14 which is jointly attached to the end of each wire on the same side are, and a synthetic resin part 15 »which is tightly bonded to the circumferential surface of the metal part ο The synthetic resin part 15 also forms a flange portion l6 around the metal disc i4 and a threaded portion 1? on which the flange section

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gegenüberliegenden Ende« Diese Abschnitte dienen als Einbau einrichtungen, wenn der betreffende verstärkte Körper in eine Tieftemperaturvorrichtung eingebaut wird·opposite end «These sections serve as installation facilities when the reinforced body in question is in a low-temperature device is installed

Pig« 3 stellt eine weitere Ausführungsform des erfindungs= gemäßen verstärkten Körpers dar· Der Metallteil ist ein Hohlzylinderteil 18. Bin Kunstharzteil 19 ist in dem Metall» teil angeordnet. Das zylindrische Metallteil l8 hat eine in seiner Längsrichtung wirkende Zugspannung· Beide Enden des zylindrischen Körpers 1.8 haben weiterhin geringe, sich nach innen erstreckende Vorsprünge, um den darin eingebrachten Kunstharztoil 19 zu tragen· Beide, so gehaltenen Enden des Kunstharzteiles 19 haben nach innen gebohrte mit einem Gewinde versehene Aushöhlungen 2o, damit das Anbringen des verstärkten Körpers an andere Bauteile ermöglicht wird·Pig 3 represents a further embodiment of the reinforced body according to the invention. The metal part is a hollow cylinder part 18. A synthetic resin part 19 is arranged in the metal part. The cylindrical metal part l8 has a tensile stress acting in its longitudinal direction · Both ends of the cylindrical body 1.8 furthermore have small, inwardly extending projections in order to carry the synthetic resin tool 19 introduced therein · Both ends of the synthetic resin part 19 held in this way have inwardly drilled with Threaded cavities 2o, so that the attachment of the reinforced body to other components is possible

Pig· k stellt noch eine weitere Ausführungsform des vor· stärkten Körpers der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei extrem tiefen Temperaturen dar· Das Material wird aus einem zylindrischen Kunstharztei.1 21 und einem darin eingebetteten zylindrischen Metallteil 22 gebildet. Der zylindrische Motallteil 22 ist mit einer Vielzahl von Löchern 23 durchsetzt und hat eine in Längsrichtung wirkende Zugspannung· Beide Enden des Kunstharzteiles 21 dieser Ausführungsform haben Bohrungen 2k mit Innengewinde, so daß der verstärkte Körper mit anderen Teilen der Tieftemperatur» vorrichtung verbunden werden kann·Pig k represents yet another embodiment of the pre-strengthened body of the present invention for use at extremely low temperatures. The material is formed from a cylindrical synthetic resin part 21 and a cylindrical metal part 22 embedded therein. The cylindrical motor part 22 is pierced with a multiplicity of holes 23 and has a tensile stress acting in the longitudinal direction · Both ends of the synthetic resin part 21 of this embodiment have bores 2k with internal threads, so that the reinforced body can be connected to other parts of the low-temperature device.

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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die veranschaulichten spezifischen Bauweisen beechrKnktt Das bedeutendste Kennzeichen der Erfindung jedoch besteht darin, daß der Motallteil des verstärkten Materials eine Zugspannung hat, die bei normaler Temperatur in Längsrichtung vrirkt.The present invention is not limited to the illustrated specific construction methods restricted The most important characteristic the invention, however, is that the Motallteil of the reinforced material has a tensile stress that acts in the longitudinal direction at normal temperature.

Tm folgenden wird der Einfluß diskutiert, den die durch den Metallteil des verstärkten Körpera aufrecht erhaltene Zug» Spannung in Längsrichtung auf seine gesamte Zugfestigkeit ausübt. Bs abll angenommen werden, daß auf den verstärkten Körper mit einem Metallteil und einem Kunstharzteil bei einer bestimmten Temperatur eine Belastung aufgebracht wird* Diese Belastung wird von dem Metallteil und dem Kunstharzteil getragen· Die Spannung 6* , welcher das Kunstharz unterworfen ist, kann folgendermaßen ausgedrückt werden: . -The following discusses the influence exerted by the Metal part of the reinforced body a maintained train » Applies longitudinal tension to its entire tensile strength. Bs abll be believed to be on the reinforced Body with a metal part and a synthetic resin part in one a certain temperature a load is applied * This Stress is placed on the metal part and the resin part · The tension 6 * to which the synthetic resin is subjected can be expressed as follows:. -

Die auf den Metallteil ausgeübte Spannung lautet wie folgt:The stress applied to the metal part is as follows: In den Gleichungen bedeuten:In the equations:

6* .-: Von dem Metallteil aufrecht erhaltene Spannung durch Zusammenziehen. ; ■'"-■ 6 * .-: Tension maintained by the metal part by contraction. ; ■ '"- ■

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: Elastizitätsmodul des den Metallteil bildenden Materials, s: Modulus of elasticity of the material forming the metal part, s

öl : Thermischer Ausdehnungskoeffizient des Kunstharzteiles bei der Temperatur t (⁰C).oil: coefficient of thermal expansion of the synthetic resin part at temperature t ( ⁰ C).

Vi : An dem verstärkten Material angebrachte Belastung. A : Querschnittsfläche des verstärkten Materials«Vi: Load applied to the reinforced material. A: cross-sectional area of the reinforced material "

X : Verhältnis der Querschnittsfläche des Metaliteiles zu der des Kunstharzteiles·X: ratio of the cross-sectional area of the metal part to that of the synthetic resin part

u : Verhältnis des Elastizitätsmoduls des Metallteiles zu dem des Kunstharzteiles.u: ratio of the modulus of elasticity of the metal part to that of the synthetic resin part.

Die Festigkeitsgrenze der Kunstharze« von denen allgemeinThe strength limit of synthetic resins «of those in general

bekannt 1st, daß sie eine große mechanische Festigkeit beiIt is known to have great mechanical strength

2 Tieftemperaturen haben, bewegt sich zwischen 7 und 12 kg/mm , wohingegen die Festigkeitsgrenze des Metallmaterials in einer Höhe von 15o bis 2oo kg/mm liegt. Wenn deshalb 8o bis 9o % der in dem verstärkten Körper, durch die Belastung W hervorgerufenen Spannung auf den Metalltoil und 2o bis Io % auf den Kunstharzteil aufgeteilt werden, dann hat das verstärkte Material die größte mechanische Festigkeit.2 have low temperatures, ranges between 7 and 12 kg / mm, whereas the strength limit of the metal material is between 150 and 200 kg / mm. Therefore, if 8o to 90 % of the stress in the reinforced body caused by the load W is shared on the metal part and 20 to 10% on the synthetic resin part, then the reinforced material has the greatest mechanical strength.

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Nimmt man nun an, daß der TermAssuming now that the term

*sn '* ^EsJ % * *s> ^dt * sn '* ^E sJ % * * s> ^dt

der vorher angeführten Gleichungen 1 und 2 vernachlässigt werden kann, dann können diese Gleichungen durch die folgenden Gleichungen la bzw. 2a ausgedrückt werden:the previously mentioned equations 1 and 2 are neglected then these equations can be replaced by the the following equations la or 2a can be expressed:

Wird jetzt die Querschnittsfläche des Kunstharzteiles mit A und die des Metallteiles mit A bezeichnet, so können die Gleichungen la und 2a weiter durch die folgenden Gleichungen Ib und 2b dargestellt werden:Now the cross-sectional area of the synthetic resin part becomes with A and that of the metal part designated with A, so can Equations la and 2a are further represented by the following equations Ib and 2b:

2b2 B

Die Gleichungen Ib und 2b zeigen die Größe der äußeren Spannung an, die von dem Kunstharzteil bzw· dem Metaliteil getragen wird. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, daß das Verhältnis der Werte dieser zwei Gleichungen Ib und 2b . βο bis 9o Ji fÜr den Metalltail und 2o bis Io 54 für den Kunstharzteil betragen· Glücklicherweise können bei den allgemeinen Zusammenstellungen vonEquations Ib and 2b show the size of the outer Voltage generated by the synthetic resin part or the metal part will be carried. For the purpose of the present invention, it is desired that the ratio of the values of these two Equations Ib and 2b. βο to 9o Ji for the metal tail and 2o to Io are 54 for the resin part · Fortunately can be found in the general compilations of

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- Io «. ■ ■- Io «. ■ ■

Metallen und synthetischen Harzen die vorstehend gewünschten Anteile der von dem Metallteil und dem Kunstharzteil aufgenommenen äußeren Belastung durch die Wahl dos Wertes von X erzielt werden, d« h. das Verhältnis der Querschnittsfläche des Metallteiles zu dem des Kunstharzteiles in dem Bereich von o,ol bis O₁2· Zum Beispiel liegt bei allgemeinen Zusammen» Stellungen von rostfreiem Stahl und Fluor enthaltenden Harzen der Wert von u, der das Verhältnis des Elastizitätsmoduls beider Komponenten angibt, nahe 4oo, so daß die Festlegung der Werte von λ auf o,ol bis O₁2 den Metallteil und den Kunst·* harzteil befähigt, die äußere Beanspruchung in dem vorher an» geführten Bereich des Verhältnisses zu tragen·Metals and synthetic resins, the above-desired proportions of the external load absorbed by the metal part and the synthetic resin part can be achieved through the choice of the value of X, ie. the ratio of the cross-sectional area of the metal part to that of the resin part in the range of o, ol to O ₁ 2 · For example located "in general combinations of stainless steel, and fluorine-containing resins, the value of u, which indicates the ratio of the elastic modulus of the two components , close to 4oo, so that the determination of the values from λ to o, ol to O ₁ 2 enables the metal part and the synthetic resin part to bear the external stress in the range of the ratio mentioned above.

Es wird nun der AusdruckIt now becomes the expression

^dtGerman

diskutiert, der bisher nicht beachtet wurde· Kunstharze haben einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizient als Metalle· Dies gilt auch für den Tieftemperaturbereich. Der Wert von t ist natürlich im Tieftemperaturbereich negativ· Deshalb ist im allgemeinen der Wert vondiscussed, which has not been considered so far · Synthetic resins have a higher coefficient of thermal expansion than metals · This also applies to the low temperature range. The value of t is of course negative in the low temperature range · Therefore is generally the value of

^dtGerman

negativ« io daß, wenn 6" einen dies·« Wert entsprechenden positiv·» Wert annisat, d«r Wert des Auedruck· 3 dann null wird.negative «io that if 6" has a value corresponding to this positive · »value annisat, the value of the external pressure · 3 then becomes zero.

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Die Grüße dos Wertes des Ausdrucke 3 hat einen Einfluß auf das Verhältnis der Werte von (T und 6**. die man aus den Gleichungen 1 und 2 erhält, d. h. das Verhältnis der Belastung deo Kunstharzteiles zu der des Metallteiles. Wenn der Ausdruck 3 einen großen Wert annimmt, nimmt der Wert von 6* ab und der von 6* nimmt asu. Wenn ein Metall eine beträchtlich größere mechanische Festigkeit als ein Kunst« harz in einer gegebenen Zusammenstellung davon hat, ist es wünschenswert> daß der Wert nach dein Ausdruck 3 t der hauptsächlich von dem Wert von 6*'"■■■■ abhängt, groß ist· UmgekehrtThe size of the value of expression 3 has an influence on the ratio of the values of (T and 6 **. Which are obtained from equations 1 and 2, ie the ratio of the load on the synthetic resin part to that of the metal part If a metal has a considerably greater mechanical strength than a synthetic resin in a given composition thereof, it is desirable that the value according to your expression 3 t which mainly depends on the value of 6 * '"■■■■ is large · Vice versa

ergeben dann, wenn ein abschätzbarer Unterschied zwischen der mechanischen Festigkeit des Metallteiles und der des · lLunetharzteiles vorliegt, kleinere Werte von ß*_Än eine bessere Wirkung« In letzterem Falle jedoch ist der Wert von (T praktisch aus denn vorher angeführten Grund auf einen Bereich beschränkt, der nicht kleiner als der durchIf there is an assessable difference between the mechanical strength of the metal part and that of the lunet resin part, smaller values of ß * _{Än produce} a better effect that is not smaller than that through

dargestellte Wert ist. Der fest umrissene Wert vonOt_s wird später diskutiert·is the value shown. The clearly defined value of Ot _s will be discussed later

Itn Folgenden wird die Wärmeleitfähigkeit des verstärkten Materials der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie schon erwähnt, weist die Wärmeleitfähigkeit einer großen Anzahl von Stoffen einen merklichen Unterschied zwischen darThe following is the thermal conductivity of the reinforced Materials of the present invention described. As already mentioned, the thermal conductivity exhibits a large number of Substances represent a noticeable difference between

OOfÖOOfÖ

und der normalen Temperatur aitf · M.·· trifft für dl· Metall· «Mbr Wi al» fttr 41· Xuasthar«·. Im rig. 5 let dl· Wärmeleitfähigkeit mehrerer Stoff «rit* «ag«fährt, von denen bekannt i*t, d«ö sie bei Ti »ft »raUu-e» in |tNi|wdMi N«S· eine brauchbare mechanische r«atlgk«it h«b«a. «*r vorll«s«nd«n VrflndiuMC Int Mi *rwü»Ächt, d·» M*t«llt*ll·· >· t«rln< wi· »«Slick let. Die der Ö.dinjun« s*ttttcend*a «teff· «ehll«ft«n v«reeiil*d«a· Art«n roe <r««tfr·!·« 8t«ltl tiad nlefct geselst«n Titanl«!i*rttns·» ·1κ, deren VSr««leitfIhiskeit la wesentlichen gWMitt *o garltt# wi· dl· des rostfreien St«hl«v ist. 01··· Stoff· haben eine befriedigende niedrice Wäreeleitfähifkeit und «ine genügende aiechsnieche Festigkeit bei Tieftenper«tur· Die konkreten Beispiele der Stoffe sind AISI-3o%, AISI-316 und AISI-321, rostfreie Stahlarten und aus 5 S Al, 2,5 % Sn und dem Rest Tl zusammengesetzte Titanlegiorungeit·and the normal temperature aitf · M. ·· meets for dl · metal · «Mbr Wi al» fttr 41 · Xuasthar «·. In the rig. 5 let dl · thermal conductivity of several substances «rit *« ag «drives, of which i * t is known, d« ö they at Ti »ft» raUu-e »in | tNi | wdMi N« S · a useful mechanical r «atlgk «It h« b «a. «* R vorll« s «nd« n VrflndiuMC Int Mi * rwü »Ächt, d ·» M * t «llt * ll · ·> · t« rln <wi · »« Slick let. The Ö.dinjun «s * ttttcend * a« teff «ehll« ft «nv« reeiil * d «a» Art «n roe <r« «tfr»! «8t« ltl tiad nlefct geselst «n Titanl« ! i * rttns · »· 1κ, whose VSr« «conductivity is the essential GWMitt * o garltt # wi · dl · of stainless steel. 01 ··· Material · have a satisfactory low thermal conductivity and a sufficient insensitive strength at low temperatures · The concrete examples of the materials are AISI-30%, AISI-316 and AISI-321, stainless steel types and made of 5 S Al, 2 , 5 % Sn and the remainder Tl composed of titanium alloy

Öle vorher angeführten metallischen Stoffe, die eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit haben, leiten noch mehr Wärme als Kunstharze· Deshalb regelt das Verhältnis "X der (tuerschnittsflache des Metallteiles zu der des Kunstharzteiles des er« findungsgeaaMßen verstärkten Körpers für die Verwendung bei Tieftemperatures seine Qesamtwarmeleitfähigkeit wesentlich· Oa jedoch der Wert von X ebenfalls einen bedeutenden Einfluß auf die mechanische Festigkeit des verstärkten Körpers hat,Oils previously listed metallic substances, which are a relative have low thermal conductivity, conduct even more heat than Synthetic resins · This is why the ratio "X of the (cross-sectional area of the metal part to that of the synthetic resin part of the inventive reinforced body for use Its overall thermal conductivity significantly However, the value of X also has a significant influence has on the mechanical strength of the reinforced body,

009819/1045 _Hln 009819/1045 _St.

BAD uhBAD uh

soll der geringste mögliche Vert für ^ ausgewählt werden, insoweit als der verstärkte Körper die gewünschte mechanische Festigkeit hat.the lowest possible vert should be selected for ^, insofar as the reinforced body has the desired mechanical Has solidity.

Beziehungen zwischen X und der mechanischen Festigkeit des verstärkten Materials sind in Fig. 6 gegeben» Wie aus der Figur klar zu ersehen ist, unterstützt der größere Wert von X das Anwachsen der mechanischen Festigkeit des verstärkten Materials· Die lineare Kurve von Fig. 6 ist eine Sollangabe aus den Meßergebnissen, die an einem verstärkten Körper erzielt werden, der sich aus einem Kunstharz mit einer Dauer« festigkeit von 12 kg/mm und einem Metall mit einer Dauer-Relationships between X and the mechanical strength of the reinforced material are given in Fig. 6. As can be clearly seen from the figure, the greater value of supports X the increase in mechanical strength of the reinforced Materials · The linear curve of FIG. 6 is a nominal value from the measurement results obtained on a reinforced body made of a synthetic resin with a permanent strength of 12 kg / mm and a metal with a permanent

2
festigkeit von 195 kg/mm zusammensetzt·2
strength of 195 kg / mm

Das Diagramm von Fig. 7 zeigt den von \ und ο auf die Spannungsgrenze des verstärkten Körpers und auf 6* ausgeübten Einflusses, wenn der Kunstharzteil eine SpannungsgrenzeThe diagram of FIG. 7 shows the influence exerted by \ and o on the stress limit of the reinforced body and on 6 * when the synthetic resin part has a stress limit

2 ν2 ν

von 7 kg/ium hat. Das Diagramm zeigt, daß z. B· bei A » o,o2of 7 kg / ium. The diagram shows that e.g. B · at A »o, o2

die Spannungsgrenze des verstärkten Körpers ungefähr 9 kg/mm im Falle von £_ * O beträgt, wohingegen sie auf 11 kg/mm im Falle von (Γ « loo kg/mm ansteigt« Wenn Λ» o,l ist,the stress limit of the reinforced body is about 9 kg / mm in the case of £ _ * O, whereas it increases to 11 kg / mm in the case of (Γ «loo kg / mm« if Λ »is o, l,

°°

beträgt die Spannungsgrenze des verstärkten Materials 15 kg/mmthe stress limit of the reinforced material is 15 kg / mm

im Falle für (T «0 und 2h kg/mm² für den Fall vonin the case of (T «0 and 2h kg / mm ² for the case of

6* ■ loo kg/mm ·
en ^6 * ■ loo kg / mm
en ^

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Das heißt ait anderen Worten« da», wo auf den Metallteil eine zusammenziehende Spannung von too kg/MB aufgebracht wird, der verstärkte Körper, welches dieses Netallteil umfaßt( ein Vielfaches der mechanischen Festigkeit aufweist, die ein andersgearteter Körper aufweist, welcher die gleiche Bauweise hat, dem aber eine derartige Zugspannung fehlt, d. h. das 1,57-fache im Falle von Λ >t o,o2 und das 3,43-fache im Falle von X * o,l· Andere Versuche mit einem verstärkten Material, welches die vorher angeführten Auf* teilungen der Metallkomponente umfaßt, zeigen, daß im Vergleich au einem verstärkten Material das nur aus einem Kunstharz besteht, der zuerst erwähnte verstärkte Körper bezüglich der Wärmeleitfähigkeit einen so geringen Zuwachs wie ungefähr vom 1,18-fachen im Falle von Tt ■ o,o2 und vom 1,82«fachen im Falle von λ * o,i aufweist. Das bedeutet, daß, wenn es dem erfindungagemfißen verstärkten Körper ermöglicht wird, den gleichen Grad an Wärmeleitfähigkeit wie ein verstärkter Körper zu erreichen, der nur aus Kunstharz besteht, dieser dann eine größere mechanische Festigkeit als der letztere hat·In other words, "where" a contracting tension of too kg / MB is applied to the metal part, the reinforced body which this metal part comprises (has a multiple of the mechanical strength that a different type of body has, which has the same construction has, but lacks such a tensile stress, ie 1.57 times in the case of Λ> to, o2 and 3.43 times in the case of X * o, l · Other experiments with a reinforced material, which the previously The above-mentioned distributions of the metal components show that in comparison with a reinforced material that consists only of a synthetic resin, the first-mentioned reinforced body in terms of thermal conductivity increases as little as approximately 1.18 times in the case of Tt ■ o , o2 and 1.82 "times in the case of λ * o, I. This means that if the reinforced body according to the invention is allowed to have the same degree of thermal conductivity as a reinforced body which consists only of synthetic resin, which then has a greater mechanical strength than the latter

Fig· 8 zeigt Beziehungen zwischen A und (T auf der. einen ' Seite und die Grenze der Gesamtspannung des verstärktenFig x 8 shows relations between A and (T on. A 'side and the limit of the total voltage of the amplified

Körpers und 6* auf der anderen Seite, wenn er aus einem PBody and 6 * on the other hand when he comes out of one P.

bestimmten Anteil einer Metallkomponente und einer Kunst* harskomponente, die eine Spannungegrenze von Io kg/mm hat,certain proportion of a metal component and an art * hard component that has a stress limit of Io kg / mm,

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f 15. -f 15.-

g«bildot wird* I» 41··«« Falle wird ebenfalls die gleiche T«nd«ns wie is Fig· 7 beebeehtet, obgleich die R«latiw«rt· verschied·«^:clad.In the case of the case, the same tone is also used as in Fig. 7, although the word is different ^: clad.

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•reibt sich »tr νοβ St«n4]KUÜct der F«eti«keit «us f«*«ti*a «in «UK *· srSA«r«r V«riail_s j· fr«e«r di· Wert· roa 6^_n • rubs "tr νοβ St" n4] KUÜct F "eti" ness "us f" * "ti * a" in "UK * · SRSA 'r' r V 'riail _s j * fr" e "r di · Value roa 6 ^ _n

iilai* Hü J*d»eh 41· eritgfctan Wert· νοα λ ei»· höher· «it htrroniifon, ist dir Wert ve» λ in mit ·£»** atcxlHal aultt«*icen Wert der ware eit twpnmst* Wenn ·· deshalb erwttnecht ist, die «in·· trerstürkten Körper* Über die«·iilai * Hü J * d »eh 41 · eritgfctan value · νοα λ ei» · higher · «it htrroniifon, is dir value ve» λ in with · £ »** atcxlHal aultt« * icen value of the goods eit twpnmst * If · · That is why it is sensible to have the «in ·· heavier bodies * About the« ·

hinaus «u *rbtt!t«a_t gi%t es kein anderes Verfahren, als des wert von Ι»__Μ att erhöhen.in addition to «u * rbtt! t« a _t there is no other procedure than to increase the value of Ι »_ _Μ att.

Das Aufbringen einer Zugspannung S_0n in LHngsrlchtung auf den Me^allteil eines erfindungegemKAon verstärkton Körpers wird im allgemeinen dadurch bewirkt, indent der Metallteil in dem gedehnten Zustand dicht an den Kunstharztail angeklebt wird« wobei der theoretische Maximalwert von 6" . denThe application of a tensile stress S _0n in longitudinal direction to the metal part of a reinforced body according to the invention is generally brought about by the fact that the metal part is glued tightly to the synthetic resin tail in the stretched state, the theoretical maximum value of 6 "den

Sn ,Sn,

der Metallteil erreichen kann, der Streckgrenze des vcrsta'rkten Materials bei der Temperatur gleich ist, bei welcher das Verkleben des Metallteiles und des Kunstharzteiles .vervollständigt wird· Alle vorher angeführten metallischen Materialien haben eine Streckgrenze von ungefähr loo bisthe metal part can reach the yield strength of the reinforced Material is the same at the temperature at which the bonding of the metal part and the synthetic resin part .vervollt will · All of the metallic materials listed above have a yield strength of approximately 100 to

009819/1045 «D «WWL009819/1045 "D" WWL

« 16 -«16 -

2 ■2 ■

l6o kg/nua bei Normaltemperatur· Venn deshalb das Verkleben eines Metallteiles und eines Kunstharzteiles bei ungefähr Normaltemperatür ausgeführt wird, ist es möglich, an den Metallteil ein 6* von annähernd loo bis l6okg/mxa aufzu« bringen. Der Wert von ο bei Normaltemperatur soll vor«160 kg / nua at normal temperature. Therefore, if the gluing of a metal part and a synthetic resin part is carried out at approximately normal temperature, it is possible to apply a 6 * of approximately 100 to 160 g / mxa to the metal part. The value of ο at normal temperature should be before «

SlXSlX

2
zugsweise wenigsten 3 kg/mm betragen· Der Grund ist darin2
preferably at least 3 kg / mm · The reason is therein

zu sehen« daß, da das Zusammenziehen des Metallteiles des verstärkten Körpers aufgrund der verringerten Temperatur weniger bedeutend ist als das des Kunstharzteiles, der Wert von 6" mit dem Temperaturabfall abnimmt· Je größer der Wert von (T wird, desto kleiner,wird, wie bereits angeführt, die auf den Kunstharzteil aufgeteilte Beanspruchung und demzufolge wird die sich ergebende Festigkeit des verstärkten Körpers umso größer· Aber welchen Idealwert 6"" auch immer annehmen kann, ein bestimmter Beanspruchungegrad wirkt noch auf den Kunstharzteil ein, so daß dieser Teil insbesondere bei Tieftemperatur eine genügend große Spannungsgrenze habento see «that, since the contraction of the metal part of the reinforced body is less significant than that of the resin part due to the decreased temperature, the value of 6 "decreases with the temperature drop · The larger the value of (T becomes, the smaller becomes, as already stated, the stress is shared on the resin part and consequently the resulting strength of the reinforced Body all the greater · But whatever ideal value 6 "" ever can assume that a certain degree of stress is still effective on the synthetic resin part, so that this part has a sufficiently large voltage limit, especially at low temperatures

soll, z. B. mehr als 6 kg/mm · Die Kunstharze, welche diese Forderungen erfüllen sind entweder Fluor enthaltende Harze oder lineare Polyamidharze· Beispiele für die Fluor ent« haltenden Harze sind Polytetrafluorethylen, Polytrifluorchlor« äthylen und Polymerisate oder Mischpolymerisate von Vinyl« fluorid, Vinylidenfluorid oder Dichlordifluoräthylen. Von diesen Fluor enthaltenden Harzen wird PoIytetrafluorethylen unter dem Warenzeichen "Teflon" von E. I· du Pont de Nemours & Co., Inc. und Polytrifluorchlorathyien unter dem Warenzeichenshould, e.g. B. more than 6 kg / mm · The synthetic resins which these Fulfill requirements are either fluorine-containing resins or linear polyamide resins · Examples of fluorine-containing resins are polytetrafluoroethylene, polytrifluorochloride ethylene and polymers or copolymers of vinyl « fluoride, vinylidene fluoride or dichlorodifluoroethylene. from These fluorine-containing resins are made of polytetrafluoroethylene under the trademark "Teflon" from E. I · du Pont de Nemours & Co., Inc. and polytrifluorochloroathyien under the trademark

009819/1045009819/1045

"XeI-P" von Μ· W. Kellog Co· vertrieben· Di· andere Gruppe der linearen Polyamidharfee besteht au· allen Arten» die* gewöhnlich als Nylon bekannt sind und 6-Nylon, 6,6-Nylon_t 11"Nylon und 6,lo-Nylofc einschließen· ^: "XeI-P" sold by Μ · W. Kellog Co · The · other group of linear polyamide harp consists of all types * commonly known as nylon and 6-nylon, 6,6-nylon _t 11 "nylon and 6, include lo-nylofc ^:

Das erfindungsgemäße verstärkte Material umfaßt einen Metallteil, der eine Zugspannung 6*_ in Längsrichtung aufrecht erhält, so daß eine Scherkraft auf die Fläche zwischen den Metallteil und dem Kunstharssteil wirkt· Brüche an der Trennfläche, die sich durch die Scherkraft ergeben könnten, können durch eine große Adhäsionskraft zwischen der Oberfläche des Metallteils und des Harsteiles vermieden werden, die aus der Formgebung des letzteren erzielt wird· Um Jedoch ein dichteres Verkleben zu bewirken, kann die Oberfläche des Metalltellee aufgerauht werden·The reinforced material of the invention comprises one Metal part that maintains a tensile stress 6 * _ in the longitudinal direction, so that a shear force is applied to the surface there are cracks between the metal part and the synthetic resin part at the interface, which could result from the shear force, can be caused by a large adhesive force between the Surface of the metal part and the hard part avoided obtained from the shaping of the latter The surface of the metal part can be roughened

Die typische Verwendung des erfindungsgemäßen verstärkten Körpers ist die Verwendung in einer Antriebswelle und einem Hängeteil für die Expansionsmaschine einer Kellumverflüesigungsanlagei Bin Ende des Teils 1st in einem Bereich mit einer sehr tiefen Temperatur angeordnet, wo Temperaturen von »l8o bis-26o° C vorherrschen und das andere Ende ist mit einer Antriebsquelle bei Normaltemperatur verbunden· Als Folge davon hat das Teil bemerkenswerte scharfe Temperatur· gradienten und ist darüber hinaus einer schweren BelastungThe typical use of the reinforced body according to the invention is for use in a drive shaft and a Suspended part for the expansion machine of a Kellum liquefaction plant At the end of the part is placed in an area with a very low temperature, where temperatures of “18o to -26o ° C prevail and the other end is with connected to a power source at normal temperature As a result, the part has remarkable sharp temperature gradient and is also a heavy burden

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16Ό1926 - ie -16-1926 - ie -

bei der Expansionsmaschine unterworfen. Venn das bei derartig strengen Betriebsbedingungen verwendete Teil nur aus einen Pluor enthaltendem Harz bestehen würde, das eine niedrigesubjected to the expansion machine. Venn that with such a thing The part used under severe operating conditions would only consist of a resin containing fluorine, which has a low level

Wärmeleitfähigkeit aber eine ungenügende mechanischeThermal conductivity but insufficient mechanical

hat
Festigkeit, dann müßte ein derartiges Teil einen extrem großen Querschnitt haben, um ein· gute mechanische Festigkeit zu erreichen· Wenn andererseits die Welle nur aus Metall hergestellt würde, das es ermöglicht, die Querschnittsfläche zu verringern, das aber eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, dann würde der Wirkungsgrad der gesamten Verflüssigungsanlage herabgesetzt. Das verstärkte Material der vorliegenden Erfindung besitzt jedoch sowohl eine zufriedenstellende mechanische Festigkeit wie auch eine zufriedenstellende Wärmeleitfähigkeit und ist für die vorher angeführte Anwendung gut geeignet· Die vorliegende Erfindung kann auch bei mechanischen Teilen angewandt werden, die unter Tieftemperaturbedingungen verwendet werden und gleichzeitig relativ hohe Belastungen tragen sollen·Has
Strength, then such a part would have to have an extremely large cross-section in order to achieve the efficiency of the entire liquefaction plant is reduced. However, the reinforced material of the present invention has satisfactory mechanical strength as well as satisfactory thermal conductivity and is well suited for the aforementioned application. The present invention can also be applied to mechanical parts which are used in low temperature conditions and at the same time bear relatively high loads should·

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Claims (1)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1· Verstärkter Körper für eine Tieftomperaturvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Metallteil, dessen Metall aus der Gruppe-der rostfreien Stähle und der Titanlegierungen ausgewählt wird, und einem Kunstharzteil, der an den Metallteil angeklebt ist und aus einem Harz gebildet wird, das aus der Gruppe der Fluor enthaltenden Harze und der linearen Pölyamidharze ausgewählt wird, wobei der Metallteil im Normaltemperaturbereich eine in Längsrichtung wirkende Spannung aufrecht erhält.1 Reinforced body for a low temperature device, characterized by a metal part whose metal is selected from the group of stainless steels and titanium alloys is selected, and a synthetic resin part that is adhered to the metal part and is formed of a resin, which is selected from the group of fluorine-containing resins and linear polyamide resins, the metal part in the normal temperature range one in the longitudinal direction maintains effective tension. 2» Verstärkter Körper nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil ein schmaler gerader Körper, und der Kunstharzteil am -Umfang des geraden Körpers angeordnet ist.2 »Reinforced body according to claim 1, characterized in that that the metal part is a narrow straight body, and the synthetic resin part is arranged on the circumference of the straight body is. 3« Verstärkter Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil ein Hohlzylinderkörper ist und der Kunstharzteil. in den zylindrischen Körper gepackt ist·3 «Reinforced body according to claim 1, characterized in that that the metal part is a hollow cylinder body and the synthetic resin part. is packed in the cylindrical body %· Verstärkter Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil eine Zugspannung von wenigstens 3 kg/nan hat.% Reinforced body according to Claim 1, characterized in that that the metal part has a tensile stress of at least 3 kg / nan Has. 009819/1045009819/1045 - 2ο «- 2ο « 5· Verstärkter Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des Metallteiles zu der des Harztalles in einem Bereich zwischen o,ol und o,2 liest·5 · Reinforced body according to claim 1, characterized in that that the ratio of the cross-sectional area of the metal part to that of the Harz valley in a range between o, ol and o, 2 reads 009819/1045009819/1045 Le erLe he