DE2337080C2

DE2337080C2 - Anordnung zur dichten Durchführung elektrischer Leitungen durch strömungsmitteldichte Einkapselungen

Info

Publication number: DE2337080C2
Application number: DE2337080A
Authority: DE
Inventors: Robert J. Maywood N.J. Dickie; Martin Hawthoren N.J. Malone
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1972-07-21
Filing date: 1973-07-20
Publication date: 1983-05-05
Also published as: US3764730A; FR2194025B1; FR2194025A1; DE2337080A1; CA975065A; JPS5751757B2; SE394347B; GB1410877A; JPS4951557A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei bestimmten elektrischen bzw. elektronischen Instrumenten ist es erforderlich, sie zum Schutz vor äußeren Einflüssen einzukapsein. Dieses ist insbesondere der Fall bei Präzisionsinstrumenten für die Raumfahrt, welche in einer stabilen, staub- und feuchtigkeitsfreien Atmosphäre arbeiten müssen, jedoch im Betrieb " beträchtlichen Veränderungen der Umgebungsbedingungen unterworfen sind. Sie werden daher in einem Gehäuse eingekapselt, welches durch einen aufgeschraubten Deckel verschlossen wird, und zwar unter Zwischenschaltung einer Dichtung, in der Regel eines O-Rings, und der Innenraum wird evakuiert und dann mit einem feuchtigkeits- und staubfreien Gas gefüllt. Um eine zufriedenstellende Arbeitsatmosphäre im Innenraum aufrechtzuerhalten, muß die Einkapselung so strömungsmitteldicht und mit einer solchen Dichtung versehen sein, daß eine bestimmte, sehr geringe Höchstdurchlässigkeit für Strömungsmittel, beispielsweise von 1/25,4 ecm pro mm und pro Jahr, nicht überschritten wird, und zwar auch nicht bei sich verändernden Unterschieden zwischen Innen- und Außendruck.

Probleme haben sich dabei insbesondere bezüglich der Durchführung der erforderlichen elektrischen Leitungen durch die Einkapselung ergeben, welche die notwendige Strömungsmitteldichtheit nicht stören darf. Man hat dazu Glasköpfe mit eingeschlossenen Anschlußstiften in den Deckel eingelötet oder eingeklebt Die inneren und äußeren Enden der sich durch die isolierende Glasmasse erstreckenden Anschlußstifte werden mit den eingekapselten Instrumenten bzw. den erforderlichen äußeren Komponenten elektrisch verbunden.

Nachteiligerweise erfordern die Glasköpfe zwangsläufig einen verhältnismäßig großen Deckel zur Aufnahme derselben, was zur Folge hat, da[l die Anlagefläche des Deckels ebenso wie die gegenüberliegende Anlagefläche des Gehäuses und die dazwischen eingespannte Dichtung entsprechend groß sind, so daß die Durchlässigkeit gegenüber durchsickerndem Strömungsmittel nicht unter eine bestimmte, geringe Höchstgrenze vermindert werden konnte. Darüber hinaus macht die Verwendung eines O-Rings als Dichtung zwischen Deckel und Gehäuse sowie der erwähnten, in den Deckel eingesetzten und verlöteten oder verklebten Glasköpfe es unmöglich, die bekannten Einkapselungen zu verkleinern, wie im Zugs der Entwicklung miniaturisierter elektrischer bzw. elektromechanischer und elektronischer Komponenten an sich möglich und wünschenswert. Schließlich erfordern die besagten Glasköpfe für den davon umschlossenen Anschlußstift zwei Lötverbindungen, nämlich an ji;dem Ende eine zum Anschluß der zugehörigen äußeren bzw. inneren elektrischen Leitung. Dieses vermindert die Zuverlässigkeit des Systems, ganz abgesehen von dem Erfordernis zusätzlicher innerer elektrischer Leitungen zur Verbindung der inneren Enden der Anschlußstifte mit den eingekapselten elektrischen oder elektronischen Komponenten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, insbesondere die vorstehend geschilderten Nachteile zu beheben und eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, weiche bei einfacher Ausbildung und Herstellbarkeit die elektrische Verbindung des Innenraums der Einkapselungen mit dem Außenraum ohne Zwischengeschäfte Glasköpfe mit Anschlußstiften oder dergleichen ermöglicht und somit auch verhältnismäßig kleine, miniaturisierte Einkapselungen erlaubt sowie eine verbesserte Dichtheit gegen Strömungsmitteldurchtritt durch die Einkapselungen gewährleistet.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den restlichen Patentansprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend sind zwei Ausführungsbeispiele der

Anordnung nach der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt im Bereich des Deckels durch eine Einkapselung mit einer Verbunddichtung, welche zugleich zur Durchführung elektrischer Leitungen durch die Einkapselung dient;

F i g. 2 die Draufsicht auf die flexiblen Bänder der Verbunddichtung nach Fig. 1, in welche die elektrischen Leitungen eingebettet sind;

Fig.3 den Querschnitt entlang der Linie IH-III in Fig. 2;

Fig.4 die Draufsicht auf einen Dichtring der Verbunddichtung gemäß F i g. 1 und

Fig.5 die Draufsicht auf ein anders ausgebildetes flexibles Band für eine andere Verbunddichtung.

In F i g. 1 ist eine Einkapselung 10 mit einem Deckel 12 und einem Gehäuse 14 dargestellt, in welcher elektromechanische Präzisionsbauteile und die zugehörigen Trägeranordnungen eingeschlossen werden. Der Deckel 12 und das Gehäuse 14 weisen Anlageflächen 16 und 18 auf, welche auf eine Rauhigkeit von weniger aus 0,4 μιΐιπι geschliffen sind. Die Rauhigkeit hängt von der jeweils gewünschten Dichtheit der Einkapselung 10 ah. Zwischen den Anlageflächen 16 und 18 ist eine mehrlagige Verbunddichtung 20 vorgesehen, mittels welcher die elektrische Verbindung zwischen dem Innenraum der Einkapselung 10 und dem Außenraum erfolgt.

Gemäß F i g. 2 weist die Verbunddichtung 20 zwei flexible Bänder 22 und 24 auf, in welche elektrische Leitungen eingebettet sind. Jedes Band 22 bzw. 24 weist einen Abschnitt 26 bzw. 28 auf, der außerhalb der Einkapselung 10 verläuft. Die äußeren Abschnitte 26 und 28 bzw. deren elektrische Leitungen sind über Anschlüsse 30 und 32 mit Spannungsquellen und Quellen elektrischer Signale verbunden.

Jedes Band 22 bzw. 24 weist ferner Abschnitte 36 und 40 bzw. 34 und 38 auf, welche innerhalb der Einkapselung 10 verlaufen. Diese inneren Abschnitte 34, 36, 38 und 40 bzw. deren elektrische Leitungen führen die verschiedenen Spannungen und elektrischen Signale an den Anschlüssen 30 und 32 zu den verschiedenen elektronischen und elektromechanischen Bauteilen innerhalb der Einkapselung 10. Eine Möglichkeit der Spannungs- und Signalverteilung besteht darin, die inneren Abschnitte 34, 36, 38 und 40 bzw. deren elektrische Leitungen mit einem gemeinsamen Anschlußblock 42 zu verbinden, welcher die Spannungen und Signale an die entsprechenden Bauteile innerhalb der Einkapselung 10 verteilt.

Schließlich weist jedes Band 22 bzw. 24 einen mittleren Abschnitt 46 bzw. 48 auf, dessen äußere Form der Form der Anlageflächen 16 und 18 angepaßt ist. Die Bänder 22 und 24 sind mit den mittleren Abschnitten 46 und 48 in einem Bereich 44 genau übereinanderliegend angeordnet.

In Fig.3 sind die übereinanderliegenden mittleren Abschnitte 46 und 48 der Bänder 22 und 24 dargestellt. Die mittleren Abschnitte 46 und 48 sind über eine Klebemittelschicht 50 aus Polytetrafluoräthyien miteinander verbunden.

Infolge von Ungenauigkeiten der einander gegenüberliegenden Oberflächen der mittleren Abschnitte 46 und 48 etwa vorhandene Hohlräume werden durch das Polytetrafluorethylen ausgefüllt, so daß Kriechpfade vermieden sind, welche die Wirksamkeit der Verbunddichtung 20 herabsetzen !:önnten. Die äußeren Oberflächen der mittleren Abschnitte 46 und 48 sind jeweils mit

einer Schicht 52 bzw. 54 aus Polyimid versehen, welche ebenfalls mittels einer Klebemittelschicht 56 bzw.57 aus Polytetrafluoräthyien befestigt ist, um auch hier mögliche Krieshpfade zu vermeiden. Gemäß F i g. 2 erstrecken sich die mittleren Abschnitte 46 und 48 mit den Polyimid- und Klebemitteischichten 52 sowie 54 bzw. 50,56 sowie 57 im Bereich 44 bis zum Außenumfang 58 und Innenumfang 59 desselben, so daß die Flexibilität der äußeren und der inneren Abschnitte ίο 26 und 28 bzw. 34, 36, 38 und 40 der Bänder 22 und 24 erhalten bleibt

Gemäß Fig. 1 besteht die Verbunddichtung 20 zusätzlich aus zwei Dichtringen 60 und 62 aus elastomerem Material, welche zwischen den beschichtenen mittleren Abschnitten 46 sowie 48 der Bänder 22 sowie 24 und den Anlageflächen 16 und 18 angeordnet sind. Die Dichtringe 60 und 62 sind vorzugsweise aus Butyl-Kautschuk hergestellt und weisen bevorzugt eine Härte zwischen 20 und 75 Shore-Α sowie beispielsweise eine Dicke in der Größenordnung von O,!iO8 bis 0,762 mm auf. Die Wahl des Materials hängt von der Dichtheit der Verbunddichtung 20 ab, ^ϊ sie bei den jeweiligen Umgebungsbedingungen gewährleisten soll. Beispielsweise liegt die Durchlässigkeit von Butyl-Kautschuk bei 1 ecm pro 25,4 mm und pro Jahr. Es können auch andere Materialien, wie z. B. Nitril-Kautschuk oder der unter dem Handelsnamen »Viton« bekannte Synthesekautschuk, verwendet werden.

Um die Herstellung zu erleichtern, können die Dichtringe 60 und 62 mit den beschichteten mittleren Abschnitten 46 sowie 48 der Bänder 22 sowie 24 verklebt werden. Dieses ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, um eine bestimmte Dichtheit zu erreichen. In Fig.4 ist eine typische Ausgestaltung der Dichtringe 60 und 62 dargestellt. Die Form jedes Dichtringes 60 bzw. 62 entspricht im allgemeinen der Form der mittleren Abschnitte 46 und 48 der beiden Bänder 22 und 24 und der Anlageflächen 16 und 18. Jeder Dichtring 60 bzw. 62 weist die erforderliche to Anzahl von Löchern 64 auf, welche mit entsprechenden Löchern in den beschichteten mittleren Abschnitten 46 sowie 48 und in den Anlageflächen 16 und 18 fluchten.

Schrauben 66 verbinden den Deckel 12 mit dem Gehäuse 14 unter Einschluß der Verbunddichtung 20. t"> Die Schrauben 66 werden auf ein bestimmtes Drehmoment angezogen, wobei die Verbunddirhtung 20 zusammengepreßt wird. Das Drehmoment wird so gewählt, daß eine solche Kompression erreicht wird, wie zur Erzielung einer vorgegebenen Dichtheit erforder- '" lieh.

Um ein Kaltfließen, d. h. ein Herauspressen des Materials der Dichtringe 60 und 62 zu verhindern, wenn der Deckel 12 auf das Gehäuse 14 gepreßt wird, sind Vorsprünge 67 und 69 am Deckel 12 bzw. Gehiiuse 14 vorgeiehe.i, welche sich über etwa die halbe Dicke bis zu einem Dreiviertel der Dicke der Dichtringe 60 und 62 aufeinander zu erstrecken. Ohne diese Vorsprünge 67 und 69 könnten sich, insbesondere im Bereich der Löcher 64, Kriechpfade ergeben. Wenn eine noch größere Dichtheit erwünscht ist, können auch am Inneniimfang des Deckels 12 und des Gehäuses 14 derartige Vorsprünge vorgesehen werden, um auch dort ein Kaltfließen zu vermeiden. Dieses ist jedoch im allgemeinen nicht erforderlich. Eine weitere Möglich-'' keit zur Verringerung des Kaltfließens besteht darin, faseriges Material, wie z. B. Asbest, in das Material der Dichtringe 60 und 62 einzulagern. Dieses ist jedoch dann nicht möglich, wenn ein Glas, wie z. B. Helium, in die

Kinkapselung 10 eingefüllt wird, dessen Moleküle kleiner als die des verwendeten faserigen Materials sind, da sich dann infolge der Krk Jipfade durch das faserige Material hindurch eine größere Durchlässigkeit ergeben würde.

Anstelle von zwei flexiblen Bändern 22 und 24 mit elektrischen Leitungen können auch mehr Bänder oder kann auch nur ein solches flexibles Band verwendet werden.

In Fig. 5 ist eine andere Ausfühningsform veranschaulicht, bei welcher das bzw. jedes flexible Band mit elektrischen Leitungen einen äußeren Abschnitt 68 mit einem Anschluß 70 entsprechend dem äußeren Abschnitt 26 bzw. 28 mit dem Anschluß 30 bzw. 32 gemäß Fig. 2 aufweist, jedoch einen inneren Abschnitt 72, dessen Länge 74 größer als der innere Durchmesser 76 des mittleren, kreisförmigen Abschnittes 78 ist. Daher ist der mittlere Abschnitt 78 bei der Herstellung des Bandes zunächst gegenüber dem äußeren Abschnitt 68 offen und muß ntriiii ZusaiiimcMijiili uCT jeweiligen Einkapselung in die Öffnung ein entsprechendes F.rgänzungsstück 80 eingesetzt werden, welches im Aufbau demjenigen des Bandes entspricht und mit dem übrigen Teil des mittleren Abschnitts 78 verbunden wird, wie oben beschrieben. Dichtringe aus elastomerem Material werden auf beiden Seiten der mit dem Band bzw. den Bändern gemäß F i g. 5 hergestellten Verbunddichtung ebenfalls vorgesehen.

Bezugszeichenliste

10 Einkapselung

12 Decke!

14 Gehäuse

16 Anlauffläche

18 Anlagefläche

20 Verbunddichtung

22 Band

24 Band

26 iiußcrcr Abschnitt

28 äußerer Abschnitt

30 Anschluß

32 Anschluß

34 innerer Abschnitt

36 innerer Abschnitt

38 innerer Abschnitt

40 innerer Abschnitt

42 Anschlußblock

44 Bereich

46 mittlerer Al chnitt

48 mittlerer Abschnitt

50 Klcbemittelschicht

52 Polyimidschicht

54 Polyimidschicht

56 Klebemittclschicht

57 Klebcmittelsehicht

58 Außenumfang

59 Innenumfang

60 Dicht ring 62 Dichtring 64 Löcher

66 Schrauben

67 Vorsprung

69 Vorsprung

68 äußerer Abschnitt

70 Anschluß

72 innerer Abschnitt

74 Länge

76 innerer Durchmesser

78 mittlerer Abschnitt

80 Ergänzungsstück

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur dichten Durchführung elektrischer Leitungen durch Strömungsmitteldichte Einkapsehingen, insbesondere von Präzisionsinstrumenten für die Raumfahrt, welche aus einem Gehäuse und einem damit unter Zwischenschaltung einer Dichtung verbundenen Deckel bestehen, gekennzeichnet durch mindestens ein flexibles Band (22 bzw. 24; 68, 72, 78), in welches die elektrischen Leitungen eingebettet sind und welches einen mittleren Abschnitt (46 bzw. 48; 78, 80) aufweist, der sich über die Anlageflächen (16 und 18) des Deckels (12) und des Gehäuses (14) erstreckt und zwischen denselben unter Zwischenschaltung je J-eines Dichtringes (60 bzw. 62) aus elastomerem Material eingespannt ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei mehrere flexible Bänder vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderliegender! mittleren Abschniöe (46 und 48) jeweils zweier einander benachbarter flexibler Bänder (22 und 24) miteinander durch eine Klebemittelschicht (50) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (16 und 18) am Deckel (12) bzw. am Gebäuse (14) jeweils unter Ausbildung eines Vorsprungs (67 bzw. 69) zur Verhinderung des Kaltfließens der beiden Dichtringe (60 und 62) vertieft angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtringe (60 und 62) jeweils eine Härte zwischen etwa 20 und etwa 75 Shore-Α aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dicntringe (60 und 62) jeweils aus Butylkautschuk bestehen.

6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den mittleren Abschnitt (46 bzw. 48; 78,80) des flexiblen *o Bandes (22 bzw. 24; 68, 72, 78) bzw. auf den Stapel von mittleren Abschnitten (46, 48) der flexiblen Bänder (22, 24) beiderseits jeweils eine Polyimidschicht (52 bzw. 54) aufgeklebt ist.

7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtringe (60 und 62) jeweils mi', dem mittleren Abschnitt (46 bzw. 48; 78, 80) des flexiblen Bandes (22 bzw. 24; 68, 72, 78) bzw. mit dem benachbarten mittleren Abschnitt (46 bzw. 48) der flexiblen Bänder (22, 24) bzw. mit der benachbarten Polymidschicht (52 bzw. 54) verklebt sind.