DE2337080C2 - Anordnung zur dichten Durchführung elektrischer Leitungen durch strömungsmitteldichte Einkapselungen - Google Patents
Anordnung zur dichten Durchführung elektrischer Leitungen durch strömungsmitteldichte EinkapselungenInfo
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- H01B17/303—Sealing of leads to lead-through insulators
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Description
55
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 (7)
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.
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