DE3151175A1

DE3151175A1 - Verfahren zum erzeugen eines elektrodenkoerpers

Info

Publication number: DE3151175A1
Application number: DE19813151175
Authority: DE
Inventors: Kozi Yamaguchi Hirata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-12-26
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1982-07-08
Also published as: US4483811A; JPS57108272A; DE3151175C2; JPS609107B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenkörpers zum elektrischen Verhindern der Korrosion eines Blechgehäuses, beispielsweise für einen Wassererhitzer, oder zum Ermitteln des darin befindlichen Flüssigkeitsniveaus, und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenkörpers der beschriebenen Art, der durch Einspritzen von Kunststoff in eine Metallform herstellbar ist, in der ein Leiter einer Elektrode eingesetzt ist.

Bei dieser Art von Elektrodenkörper ist es wichtig/ dass er an einem Blechgehäuse isoliert befestigt ist und zwischen dem Leiter der Elektrode und dessen aus Kunststoff gebildeten isolierenden Halter keine Wasserleckverluste auftreten.

Ein Beispiel eines Elektrodenkörpers der beschrie benen Art ist in der japanischen Offenlegungsschrift 23995/79 angegeben, die einen Elektrodenkörper zur Verwendung in einer Atmosphäre zeigt, in der er in unmittelbare Berührung mit Wasser, auf hohe Temperatur erhitzes Wasser und Wasserdampf gebracht wird. Der Elektrodenkörper wird.hergestellt durch Spritzguss eines Harzes zur Bildung eines isolierenden Halters aus Kunststoff am Aussenumfang eines aus Metalldrähten bestehenden Leiters. Das zur Bildung des isolierenden Halters aus Kunststoff verwendete Harz ist ein Thermoplast, wobei Polyphenylensulfid-Harz, im folgenden kurz als PPS-Harz bezeichnet, auf Grund seiner hervorragenden Hitze-, Wasser- und Lösungsmittelfestigkeit, bevorzugt wird. Die durch Spritzguss gebildete Elektrode wird mittels eines an ihrem Aussenumfang gebildeten Gewindes an einem Behälter in einem hierin ausgebildeten Innengewinde befestigt.

Zur Vermeidung von Wasserleckverlusten oder von anderen Material durch die Grenzfläche zwischen dem Leiter und dem

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PPS-Harz/ hat der Leiter an seiner Oberfläche eine Rändelung, auf die vor dem Aufbringen des PPS-Harzes durch Spritzguss insbesondere eine Schicht'aus einer Silanverbindung, insbesondere Epoxycyclohexylalkyltrialkoxysilan, aufgebracht wird.

Beim obigen Beispiel ist die Einspritzöffnung für das PPS-Harz radial zum im Elektrodenkörper angeordneten Leiter positioniert.

Durch Einspritzen von Kunststoff durch die in dieser Stellung angeordneten Einspritzöffnung treten bei der Herstellung des Elektrodenkörpers durch das im obigen Beispiel angegebene Verfahren zwischen dem Leiter und dessen isolierendem Halter aus PPS-Harz unvermeidlich Leckverluste auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenkörpers, der wirksam und zwangsläufig Leckverluste vermeiden kann, die zwischen dem Leiter und dessen isolierendem Halter aus PPS-Harz auftreten können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des einzigen Patentanspruchs.

Es war bisher üblich, eine Einspritzöffnung radial zu einem Leiter anzuordnen. Die Anordnung ist in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben und erklärt, wodurch Leckverluste in dem durch das bisherige Verfahren hergestellten Elektrodenkörper auftreten, Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Elektrodenkörpers von derselben Form wie ein durch das Verfahren nach der Erfindung gebildeter Elektrodenkörper, der durch das bisherige Verfahren hergestellt wurde. 9a bezeichnet die Stellung einer Einspritzöffnung des Elektrodenkörpers 1, wobei bei der Ausführung des Spritzgusses in einem Bereich 10 Hohlräume gebildet werden.

Während des Spritzgusses erfolgt die Strömung des Harzes in der Richtung eines Pfeils 11. Der Leiter besteht aus Titan- oder Kerndrähten 2 mit kleinem Durchmesser.

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Beim Spritzguss beträgt der Einspritzdruck im allgemeinen

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über etwa 800 kg/cm . Da die Kerndrähte 2 einen kleinen Durchmesser von beispielsweise 1 mm haben und die Einspritzöffnung 9a radial angeordnet ist, können die Kerndrähte 2 während des Spritzgusses durch den Einspritzdruck verbogen werden. Solang jedoch der Einspritzdruck nicht hoch genug ist, um den Kunststoff zu verformen, kehren die Kerndrähte 2 bei Nachlassen des Einspritzdruckes in ihre Ausgangsstellung zurück und sind bei Beendigung des Einspritzens in einer Richtung ausgerichtet. Zu diesem Zeitpunkt hat das Harz bereits mit dem Aushärten begonnen und könnte die Rückbewegung der Kerndrähte 2 das Haften des Harzes an den Kerndrähten unterbrechen. Wenn somit der Elektrodenkörper 1 mit Druckwasser beaufschlagt wird, sickert das Wasser durch den Spalt zwischen den Kerndrähten 2 und dem Harz 3.

Wie durch den Pfeil 11 in Fig. 2 gezeigt, störmt das Harz während des Spritzgusses längs der Oberfläche einer Metallform. Dies bewirkt die Mitnahme von in der Metallform befindlicher Luft im Mittelteil des Elektrodenkörpers, wobei die Harzdichte um die Kerndrähte 2 in der Mitte mit dem Ergebnis herabgesetzt ist, dass das Harz bei der Abkühlung schrumpft. Auf diese Weise wird gemäss Fig. 2 um die Kerndrähte 2 ein deutlicher Hohlraumbereich gebildet, wobei die Fläche und die Kraft für das Haften des Harzes an den Kerndrähten durch die Erzeugung der Hohlräume in Nähe der Kerndrähte 2 verringert sind. Infolge dessen treten durch den Spalt zwischen dem Harz und den Kerndrähten 2 Wasserleckverluste auf.

Wenn die Einspritzöffnung bei 9b schräg oder bei 9c axial angeordnet ist, würde die Rückbewegung der Kerndrähte 2 ebenfalls das Haften des Harzes an den Kerndrähten 2 unterbrechen wie im Fall des Produkts, das, wie beschrieben, mit einer radialen EinspritzÖffnung hergestellt wird, da nur ein einzige EinspritzÖffnung in einer einzigen Stellung angeordnet ist, wenn auch die Erscheinung auf Grund einer

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Stellungsänderung verringert werden kann . Selbst wenn die Stellung der Einspritzöffnung verändert wird, bleibt die Strömung des Harzes im wesentlichen unverändert und besteht immer noch die Gefahr von Wasserleckverlusten..

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines eingebauten Elektrodenkörpers nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt eines durch das Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellten Elektrodenkörpers;

Fig. 3 einen Längsschnitt des durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellten Elektrodenkörpers unmittelbar nach der Formung und noch mit dem hiermit verbundenen Harzeinführungskanel;

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 einen Längsschnitt einer Elektrode mit dem nach der Erfindung geformten Elektrodenkörper.

Gemäss Fig. 1 besteht ein Elektrodenkörper aus als Leiter dienenden Kerndrähten 2 und aus einem Harz 3 zum isolierenden und wasserdichten Halten der Kerndrähte 2. Der Elektrodenkörper 1 wird durch Einspritzen des Harzes in eine Metallform hergestellt, in der sich die Kerndrähte 2 befinden. Ein Wassererhitzer hat ein Blechgehäuse 4, während am Aussenumfang des Blechgehäuses 4 ein Elektrodenbefestigungssitz vorgesehen ist. Ein Elektrodenbefestigungselement 6 ist über eine Dichtung 4 und eine Scheibe 8 aus Stahlblech mit dem Befestigungssitz 5 verschraubt.

Die Kerndrähte 2.sind Titan-Drähte mit kleinem Durchmesser von z. B. 1 mm, während das Harz 3 ein PPS-Harz ist.

Gemäss Fig. 3 und 4 befinden sich Einspritzöffnungen 12a, 12b an Stellen, die zu den in der Mittelachse des Harzes 3 befindlichen Kerndrähten 2 symmetrisch sind. Ein ringförmiger Harzeinführungskanal 13 steht mit einem nicht gezeigten radial angeordneten Hauptkanal in Verbindung. Das Harz einführende Zweigkanäle 14a, 14b verbinden die Harzeinführungskanäle 13 mit den Einspritzöffnungen 12a bzw. 12b. Eine Ausnehmung 15 dient zur Aufnahme einer Dichtung.

Die Metallform zum Formen des Elektrodenkörpers 1 besteht aus vier Formgliedern einschliesslich: eines Formglieds zum Formen eines Flansches 3c und eines links einer Linie C befindlichen Schaftteil 3b, zweier beweglicher Formglieder, die radial längs einer Linie H-H getrennt sind, zum Formen eines Schaftteils 3a und der äusseren Teile und der zwischen den Linien C und E befindlichen Zweigkanäle 14a, 14b, und eines Formglieds zum Formen der Aussenfläche des Harzeinführungskanals 13 zwischen den Linien E und F und der Innen— fläche des Harz einf ührungskanals 13 sowie, der Innenflächen der Zweigkanäle 14a, 14b zwischen den Linien D und F.

Bei Beendigung des Formvorgangs wird das geformte Produkt an dem Teil der Zweigkanäle 14a, 14b vom Harzeinführungskanal 13 abgetrennt zur Erzeugung einer fertigen Elektrode gemäss Fig. 5.

Bei der obigen Konstruktion wird der Elektrodenkörper 1 geformt durch Einführen von Harz durch zu den Kerndrähten 2 parallelen Einführungskanälen, die zu den in der Mittelachse des Elektrodenkörpers 1 befindlichen Kerndrähten 2 symmetrisch sind. Dies führt zur Verhinderung einer Verbiegung der Kerndrähte, so dass keine Verminderung der Kraft eintritt, mit der das Harz an den .Kerndrähten 2 haftet, was durch die

Rückbewegung der Kerndrähte 2 verursacht werden könnte. Der während des Formens erzielte Harzstrom ist in Fig. 5 durch Pfeile 17a, 17b angegeben, wo aus den Einspritzöffnungen 12a bzw, 12b austretende Harzströme jeweils längs der Oberfläche der Form entgegengesetzt zu den Einspritzöffnungen strömen und sich am vorderen Ende an einer den Einspritzöffnungen gegenüberliegenden Stellen zu einem einzigen Strom vereinigen, der zu den Einspritzkanälen 12a, 12b zurückströmt. Auf diese Weise treten im Harz Hohlräume auf, die durch die Mitnahme von in der Form oder deren Einguss befindlicher Luft ©rzeugt werden. Diese Hohlräume werden der Abkühlung des Harzes auf einen zwischen den Kerndrähten 2 und der Oberfläche der Form befindlichen Bereich 18 begrenzt, vgl. Fig. 5. Dieser Bereich 18 befindet sich im wesentlichen im Mittelteil des geformten Elektrodenglieds. Somit kann die Entwicklung von Hohlräumen in Nähe der Kerndrähte 2, die einen grossen Einfluss auf die Wasserabdichtung der Kerndrähte 2 ausübt, wirksam verringert werden, so dass die Kraft, mit der das Harz an den Kerndrähten 2 haftet, stark arhöht werden kann.

Wenn die Elektrodenkörper durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellt werden, liefern sie eine wasserdichte Dichtung für die Elektrodendrähte 2 bei einem Test mit einem Wasserdruck von 17,5 kg/cm². Jedoch tritt etwas entwickeltes Wasser aus, wenn es hydrostatischen Drucktests unterworfen wird (mit einem Wassedruck von 2 kg/m²), nachdem es bei Temperaturen zwischen 10 und 90° C wiederholt erhitzt und abgekühlt wurde. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass kein entwickeltes Wasser bei den nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Elektrodenkörpern selbst dann austritt, wenn nach wiederholter Erhitzung und Abkühlung Versuche ausgeführt wurden.

14η, iti^pi^ ItW- Αί© l®(Uw3\W£n., unter üßx\m cUp gerste I 1.Wt* \'\\ ok( UHionkvMpvn β orfoUjl , vnvd i.ni folgenden beschrieben

Die Länge des Harzes 3 zwischen den Linien B und D in Fig. 3 beträgt 24 mm. Die Länge des links der Linie B gelegenen Schaftteils beträgt 12 ram. Die Dicke des Flansches 3c beträgt 4,5 mm. Der Aussendurchmesser des Schaftteils 3a beträgt 9 mm. Der Aussendurchmesser des Flansches 3c beträgt 16 mm. Der Aussendurchmesser der vorderen Endes des Schaftteils 3b beträgt 7 mm. Der Aussendurchmesser der Basis des Schaftteils 3b beträgt 9 mm. Die Einspritzöffnungen 12a, 12b haben eine Höhe von 1,5 mm und eine Breite von 2 mm, wobei ihre Mitte von der Mitte der Kerndrähte 2 um eine Strecke von 3 mm radial entfernt ist. Die Kerndrähte 2 werden aus Titan-Drähten mit einem Durchmesser von 1 mm hergestellt, deren Oberfläche einer Sandstrahl- und dann einer Reinigungsbehandlung unterworfen wird. Das Harz wird bei einem Einspritzdruck von 1000 kg/cm² durch die Einspritzöffnungen 12a, 12b eingespritzt. Das Produkt wird nach 50 bis 60 Sekunden aus der Metallform entnommen. Die Form- und die Harztemperaturen sind im wesentlichen normal. Die Kerndrähte 2 sind nur an solchen Stellen mit Platin plattiert ,die in Berührung mit Wasser gebracht werden, wobei die im Harz befindlichen Teile keine Platinplatierung haben.

Das verwendete PPS-Harz wird von der Hodogaya Chemical Company, Ltd., hergestellt und hat die Handelsbezeichnung G6. In das Harz sind als Verstärkungsmaterial 40 % Glasstäbe (mit einem Durchmesser von 10 μ,ΐη und einer Länge von 1-3 mm) und 20 % Glaskugeln eingebettet.

Für das Sandstrahlen werden die Titan-Drähte jeweils in Längen von etwa 50 mm geschnitten, welche die Längsabmessungen der Kerndrähte 2 in der Elektrode sind, und in geeigneter Zahl (z. B. 500 Drähte) in einem Kessel mit einer Gummiauskleidung gegeben zur Behandlung mit Schleifsteinen mit einem Durchmesser von 0,5-1,0 mm. Hierdurch werden biegungsfreie Drähte mit einer gegebenen Oberflächenrauhigkeit von 15-35 μΐη hergestellt. Dies ermöglicht eine Herstellung -«on

biegungsfreien Titan-Drähten mit kleinem Durchmesser in grossen Mengen. Das Vorsehen von biegungsfreien Titan-Drähten ermöglicht das Einsetzen der Kerndrähte in die Form. Das Sandstrahlen hat den zusätzlichen Vorteil des Abtrennens oder Entfernens von in Längsrichtung beschädigten Teilen, die beim Ziehen der Titan-Drähte gebildet werden. Auf diese Weise kann die Kraft, mit der das Harz an den Kerndrähten beim Formen haftet, erhöht werden. Wenn die in Längsrichtung beschädigten Teile Risse haben, die sich von einer zur anderen Seite der Drähte radial erstrecken, kann Wasser hindurchtreten. Wenn die angegebene Länge der Kerndrähte nicht ausreicht, dass Teile der Kerndrähte mit Wasser über eine gegebene Oberfläche in Berührung stehen, werden zusätzliche Kerndrähte durch Punktschweissen mit den im Elektrodenkörper befindlichen Kerndrähten verbunden, nachdem der Elektrodenkörper durch Spritzguss hergestellt ist.

Im allgemeinen ist es üblich, eine Schicht eines Bindemittels auf das in das geformte Harz einzusetzende Metallglied aufzubringen, bevor dieses in eine Metallform eingesetzt wird, und zwar mit der Hoffnung, dass die Haftfestigkeit zwischen dem Harz und dem Metallglied erhöht wird. Beim Verfahren nach der Erfindung sollte jedoch besser kein Bindemittel verwendet werden. Ein Bindemittel auf Silanbasis reagiert nicht mit dem PPS-Harz, wenn es auch die Haftfestigkeit zwischen dem Harz und den Kerndrähten erhöht. Das Bindemittel auf Silanbasis würde jedoch während des Formens sich verändern und in Wasser löslich werden, so dass Wasserleckverluste im Elektrodenkörper mit der Zeit auftreten, nachdem dieser durch Spritzguss geformt wurde. Es wurde gefunden, dass andere Bindemittel, etwa auf Titanbasis, Chrombasis usw., bewirken, dass Wasserleckverluste zwischen dem Harz und den Kerndrähten auftreten, wenn ein solches Bindemittel in Verbindung mit dem PPS-Harz verwendet wird.

Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform lie-

gen zwei Einspritzöffnungen vor. Jedoch ist selbstverständlich die Verwendung einer grösseren Anzahl von Einspritzöffnungen erwünscht, weshalb die Ausrichtung (directionality) der auf die Kerndrähte 2 ausgeübten Kraft weiter verringert werden kann. Ausserdem können die Einspritzöffnungen ausser einem rechteckigen, auch noch einen kreisförmigen Querschnitt haben. '

Claims

TZ-LAMPRECHT-BEETZ 81-33.183P 23. Dez. !98.

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HITACHI, LTD., Tokyo Japan

Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenkörpers

Patentanspruch

X, Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenkörpers, der durch Einspritzen von Polyphenylensulfid-Harz in eine Metallform mit einem darin eingesetzten Leiter durch Spritzguss geformt wird,
gekennzeichnet

- durch Anordnen von Einspritzöffnungen an mehr als zwei im wesentlichen gleich beabstandeten Stellen, wobei die Einspritzöffnungen im wesentlichen parallel zum Leiter und im wesentlichen auf den Umfang eines zum Leiter konzentrischen Kreises verlaufen, und

- durch Einspritzen des Harzes durch die Einspritzöffnungen.

81-A6229-O2