CN103109428A - 电导体的衬套 - Google Patents

Abstract

一种电导体的衬套，所述电导体穿过用于分隔二个区域的壁，其中所述导体延伸穿过在所述壁中的通道，且与所述壁相隔一段距离；其特征在于，与所述通道电绝缘的且气密密封的套管最好大体共轴地延伸穿过所述通道；所述电导体延伸穿过所述套管，且以气密密封的方式被包含在所述套管中，优选为以集成的方式被包含在所述套管中。

Description

电导体的衬套

技术领域

本发明涉及一种电导体的衬套，所述电导体穿过用于分隔两个区域的壁（wall），其中所述导体延伸穿过在所述壁中的通道，且与所述壁相隔一段距离。

背景技术

首先介绍的是，本发明涉及任何一种衬套，但是本文重点介绍一种衬套，所述衬套穿过用于分隔两个区域的壁。根据经验，已知气密密封的玻璃金属衬套。这种类型的衬套可用于以下场合：例如，电信号或电能量通过接触件被馈送穿过分隔物的场合，其中分隔物用于分隔两个区域。分隔物在广义上可理解为壁、挡板、边界或诸如此类。

这种类型的壁或分隔物通常用于在问题区域与其他区域之间划定界限，以使任何媒介、场或温度不能从第一区域直接进入第二区域。以分隔两种气体区域为例，在这种情况下，通常感兴趣的是相对于大气压强来分隔具有不同的气压或真空度的区域。这可同样应用于液体、固体（诸如灰尘、粉末、颗粒、任何类型的散装固体等）、电场或磁场、温度等等。

在每种情况下，将电信号或电能量馈通（feed-through）穿过分隔物要求衬套具有非常特殊的密封性，以防止在二种区域之间发生非期望的媒介交换。

如果壁是电导体，则对衬套有进一步要求，即衬套必须与壁电绝缘。为了这个目的，根据经验已知各种可能的方法，诸如铸造或粘合，或使用由诸如橡胶的弹性材料制成的压入密封件，等等。

金属接触引脚通常用作用于穿过壁的馈通的电导体，所述引脚延伸穿过壁且被密封以与壁绝缘。这种类型的接触引脚可通过诸如环氧树脂的可塑性塑料被压入塑料中或铸造在金属衬套中。

如果衬套是气密密封的，例如，以使得在两个区域之间不会发生气体交换，则这对绝缘性有很高的要求。在这种类型的情况下，衬套必须是耐压密封的；或者存在其它要求，需要将腐蚀介质与其它介质有效地隔开。

根据多年来的经验，已经有人采用玻璃金属衬套；在所述玻璃金属衬套中，通过将玻璃熔化在壁中的通道来同时固定和密封电接触件。在该制作过程中，玻璃在高温下软化，以使其可以用于浇注，从而填满接触引脚和分隔物之间的空隙。在冷却之后，可实现很好的密封。

经验表明，关于已知的衬套或密封，可以区分所谓的“匹配的”密封和“不匹配的”密封。对于匹配的密封，可采用热膨胀系数相同或略微不同的材料。这导致的事实是，在冷却之后，玻璃金属密封不存在或几乎不存在内部张力。在这种情况下，可对金属和玻璃之间的界面进行粘合，以进行所述固定和密封操作。应当注意到，相应的界面能量才能产生足够的粘附力。如有必要，则需要诸如通过涂覆来处理与表面张力/界面能量相关的金属表面。

对于不匹配的密封，会出现具有不同热膨胀系数的材料。这导致的事实是，除了纯粘附力，还可利用与密封相关的内张力，其中应当小心的是，所使用的材料应当能够经受所出现的张力。

在最广泛多样的实施例中，玻璃金属衬套可从市场上获得。接触引脚通常通过玻璃绝缘体被设置于或固定于金属外壳中。因此，这可以是具有金属凸缘的衬套，所述衬套通过焊接、螺丝接合、环形密封圈或其它适合的方法被安装于分隔物中。接触点具有常规配置的功能，例如它们可以是插头的接触点。然后，可使用适合的插座来进行进一步接触。

可以想象，还可提供使用焊接或锻接的接触点，然后诸如绞合电缆或另一种连接电线的连续导体可通过焊接或锻接施加在接触点上。经验表明，类似地，导线可夹接在或压接在接触引脚上。

对于相关的现有技术，请参考DE 963806A，其公开了一种用于使电流在放电管中馈通的真空密封熔丝。其中所提供的分隔物至少部分由金属构成，电连接器通过插入玻璃被直接连接至衬套或套筒形的金属体。

US 4,029,897公开了一种气密性玻璃密封件，其通过使用特殊的密封结构来分隔导电组件。还可参考US 4,841,101以及DE 10117976A1。

已知的现有技术在一些方面存在问题。有关这些问题，罗列如下：

在匹配的密封的情况下，用于衬套的接触件必须由具有足够适合的热膨胀系数的材料制成。这种类型的材料通常不能焊接，或只能较差地焊接。这通常涉及钛、钨、钼或正铁化合物。只有在对表面进行预处理之后，诸如施加一层较薄的金或银接触层，这种类型的材料才能通过焊接被连接至传统的导线。

使用传统的接触引脚通常需要较大的安装空间，以安装穿过相应的壁的衬套。特别当使用连接插头时，因为连接插头是具有较大尺寸的细长组件，因此安装空间会再次扩大至较大的程度。

在进行焊接或锻接连接时也需要较大的安装空间，这是因为焊接点或锻接点通常设于衬套之外。

此外，不利的是，在已知焊接和锻接连接的情况下，机械负荷，例如冲击或振动、或者张力或压力负荷，可损坏这些焊接和锻接连接。在这个方面，有必要机械固定接触点或者减轻对导体的应力，以使安装空间再次扩大，特别是相应的组件会扩大。

经验表明，已知的衬套的另一个缺点是，接触点分开接触在衬套的两侧上。在这个方面，由于使用不同的或相同的连接技术的至少两个连接点之间串联连接，所以增加了出错的可能性。此外，经验表明，已知的插头连接容易出错且比较昂贵，这是因为只有采用特别的设计方法，才能长久保证接触点在插入时的安全性。

当接触引脚和电导体采用不同的材料时，还存在以下危险：由于赛贝克效应，会引入热电压，而热电压会反过来影响电信号。

最后，不利的是，当使用不同的材料时，这些材料由于电化序容易腐蚀。会产生接触电阻。此外，还存在密封件可能被损坏的危险。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电导体的衬套，所述电导体穿过用于分隔两个区域的壁，这可消除或至少大大减少前述的缺点。所述衬套的长度设计得尽可能短，其中一方面必须保证气密密封，另一方面必须保证良好的电接触。在足够的机械稳定性的情况下，衬套在设计上是简单的且可廉价生产。

本发明的前述的目的可通过如权利要求1所述的特征来实现。据此，通用的衬套的特征在于，与通道电绝缘的且气密密封的套管优选为大体共轴地延伸穿过通道；电导体延伸穿过套管，且以气密密封的方式被包含在套管中，优选为以集成的方式被包含在套管中。

可以认识到，有利的是，穿过用于分隔两个区域的壁的电导体的衬套可以通过以下方式非常简单地实现：衬套所需的通道被设置成具有相对于壁密封的套管。基本上，虽然环绕组件的套管可以是任何材料，但是稍后会讨论如何优选地选择套管的材料。

基本上，套管如何延伸穿过通道因而穿过壁，这并不重要。如果假设所使用的套管材料是绝缘体，则套管和壁之间的密封只需设计成气密密封。如果套管是导电材料，则有必要将套管配置成在通道中相对于壁的材料电绝缘。此外，气密密封效应是必要的。

电导体可通过类似的特别密封的方式延伸穿过套管，其中电导体最好被设置成集成包含在套管中。换句话说，电导体可集成包含在套管中；套管包含在壁的通道中，且最好相对于壁电绝缘；且在套管和壁之间存在气密密封效应。

配置套管和双重包含可通过简单的方法建立穿过用于分隔不同区域的壁的有效的衬套，双重包含即一方面电导体包含在套管中、另一方面套管包含在通道中。优选地，套管相对于通道的密封可设计成密封装置，诸如塑料。可以想象，类似地，密封件可设计成玻璃化物（vitrification）的形式，这是因为玻璃化物本身在现有技术中是众所周知的。因此，密封件可设计成气密密封，特别是密封件可在前面引用的套管和壁的材料之间形成气密密封效应。

套管可由大多数不同的材料构成，优选为金属。套管可以是导电材料。优选地，套管由与电导体相同的或相似的材料构成。

例如，套管可由铁镍合金制成。

关于套管相对于壁的密封件，可以想象密封件的材料具有与套管大致相同的热膨胀系数。这些方法可抑制在衬套中的张力。在更特别的优选实施例中，套管相对于壁的密封件具有比壁的材料更低的热膨胀系数。如果壁至少部分环绕密封件，且如果在冷却期间壁由于具有更大的收缩率而在密封件上适当地收缩，则这种类型的实施例具有很大优势。因此，由于在诸如由玻璃制成的密封件上产生外部张力，所以密封件的耐压性增强，这可再次扩大应用范围。

电导体可被设计成绞合电线，诸如绞合铜线。在考虑到与衬套中的材料匹配的适合的材料的情况下，可实现任何其它电导体。

优选地，电导体包含在套管中，优选为通过软焊或硬焊穿过套管的整个长度。这样做的优点是，可实现电导体与导电套管之间的内部接触，反过来可能实现套管在连接侧的进一步接触。

特别有利的是，壁是传感器（优选为感应位置传感器）的外壳的一部分。因此，电导体优选为传感器的线圈电线，一个或多个线圈与连接电缆成电接触。连接电线被焊接到套管的连接侧的端部、套管和/或电导体、或线圈电线。进行插入连接还是其它电连接并不受限制。

为了实现更持久的（far-reaching）稳定性，优选地，在传感器外壳的连接侧区域中可填满密封化合物，该密封化合物围绕电导体或套管与连接电缆之间的接触部分。通过这些方法，一方面可实现更持久的密封性，另一方面可实现机械稳定性。

通过本说明书的内容，将套管特别构造成中空的管状接触部，本发明的衬套比已证实的且已记录的现有技术更有优势。所述套管通过绝缘材料被固定在壁的通道中，电导体延伸穿过套管。通过诸如焊接的集成连接可将电导体固定在套管中，其中套管再次设置在壁的通道中。

如上所述，密封装置或玻璃化物可设置在套管和壁的通道之间，其中密封装置可以是环氧树脂。

玻璃化物可带来很大的优势，即通过这种装置，可在压强差为1bar（巴）的情况下实现高达10^-9mbar×l/s的真空密封。最后，玻璃化物可产生气密密封。

因为套管可由与电导体相同的材料构成，电导体可以极好的方式即馈通穿过套管的方式被连接至套管，且通过与套管的内部软焊或硬焊而集成连接至套管的内部。可以想象，适当地选择电导体和套管的材料和尺寸，要使在焊接期间焊接点准确地焊在套管中，且套管的内部由于发生毛细管效应而被完全填充。

通过本发明，接触点，在这种情况下是焊接点因而是真实的接触的点，不是设于套管之外而是设于套管之内。因此，在套管内的接触点很好地受到保护，且主要位于气密密封的或密封的区域中。这也是很大的优势。

通过本发明，衬套可构造成紧凑的或较短的结构，通过这种方法，可产生非常不同的应用条件。例如，这可应用于植入装置的医疗技术、与微型传感器有关的传感器技术、还有航空技术中，在这些技术中需要紧凑的且质量特别轻的组件。由于应用的多样性，因此不可能对应用的可能性给出确定的列表。

在这一点上，再次特别强调的是，在套管内的焊接可产生电接触、机械连接、以及除这些之外的气密密封。还可通过接触点来减小应力。此外，在不需要额外的设计措施的情况下，可将导体简单地铸造在套管之内。

本发明的衬套特别是在高真空下的永久真空密封的衬套具有很多优点。可实现压力可靠的衬套，尤其是用于在不同区域中的一个区域中的腐蚀介质的衬套。可实现在所要植入的装置中的衬套，诸如在医疗技术中的人工起搏器中的衬套。

本发明的衬套的优点还存在于传感器技术中，特别是在艰苦的环境条件下的密封和耐温传感器。

相应地，可配置用于航空技术的传感器和致动器。也可在半导体技术中实现相应的衬套，例如在半导体生产机器中的超干净真空的情况下。

可实现在10^-9mbar×l/s[delta p=1 bar]下的气密密封，其中只有单侧接触是必要的。单个接触点可设置在受保护的气密密封的区域中。由此，在外部区域中同时出现紧凑的设计，这可特别用于传感器和医疗技术中。通过本发明，可减轻对电导体或电缆的应力。

优选地，现在存在设计和开发本发明的内容的各种可能性。因此，一方面可参考权利要求1的从属权利要求，另一方面可结合附图参考下面的对本发明的优选实施例的说明。除了将结合附图对本发明的优选实施例进行说明，还将对关于本发明内容的普遍的优选实施例和开发进行说明。

附图说明

在附图中，

图1所示为本发明的第一实施例中的衬套的部分剖面图；以及

图2所示为本发明的第二实施例中的在感应位置传感器中的衬套。

具体实施方式

图1所示为本发明的特别实施例中的衬套1的部分剖面图，其中衬套1设于用于分隔二种区域2、3的壁4中，即所述衬套1馈通穿过壁4。

更确切地说，由导电材料制成的套管7延伸穿过位于壁4中的通道6，其中套管7被配置成气密密封且相对于壁4电绝缘。位于套管7和壁4之间的绝缘物是玻璃化物8。

玻璃化物8作用在壁4和套管7之间。由于玻璃化物8，套管7的位置被固定且相对于壁4的材料电密封。

电导体5在套管7中延伸，其中所述导体通过硬焊或软焊在套管7中与套管7的内壁集成连接。因此，可实现电导体5在套管7中的内部接触。电导体5可以是绞合电缆而作为连接电缆11的组件。在这一点上，应当注意的是，电导体还可以是电学/电子组件的所谓的引脚或连接电线，诸如二极管、电阻器或其它功能元件的连接电线。

在连接侧，电缆芯10的绞合电线5通过焊接连接到套管7。连接侧区域被密封化合物12密封，这可同时产生额外的具有机械稳定性的密封。同时，可减轻对连接电缆的应力，并且同时保护接触点不受环境影响。

图2所示为本发明的另一个实施例中的感应位置传感器所使用的衬套1。通过本发明的衬套1，在线圈13和连接电缆11之间会产生接触。

传感器外壳14表示在不同区域之间的壁，它由诸如不锈钢的金属构成。它包括线圈13。

保护盖15保护线圈13在其端面上不受环境影响。

线圈电线16馈通穿过套管7，且通过软焊料（solder）9被焊接至套管7的内部。

在另一端，连接电缆11的连接绞合电线17从外面被焊接至套管7。

在传感器外壳14中的后部区域被密封化合物18填充，密封化合物18一方面围绕套管7的后部区域，另一方面围绕连接绞合电线17的在接触区域之外的部分。可以看出，这个实施例的优点在于，可实现衬套的极其短的且紧凑的设计，并且因而实现传感器的极其短的且紧凑的设计。同时，因为在传感器的后侧的电缆套管处的密封性能实际上会逐渐减弱，所以媒介可能穿透进入传感器中，但是仍可保护线圈13不受媒介的影响。

前述的实施例表明，根据前述的实施例，即通过使用本发明提供的衬套以及密封和接触方法，传感器可足够好地在测量侧和连接侧实现密封。

关于本发明的衬套的其它优选实施例，为了避免重复，请参考本说明书的概要部分以及所附的权利要求书。

最后，应当明确的是，本发明的衬套的前述的实施例仅仅作为权利要求书的论据；但是，权利要求书并不局限于这些实施例。

参考标记列表

1衬套

2区域

3区域

4壁

5电导体

6通道

7套管

8玻璃化物

9硬/软焊料

10电缆芯

11连接电缆

12密封化合物

13线圈

14传感器外壳

15保护盖

16线圈电线

17连接绞合电线

18密封化合物

Claims (10)

1.一种电导体的衬套，所述电导体穿过分隔两个区域的壁，其中所述导体延伸穿过在所述壁中的通道，且与所述壁相隔一段距离；

其特征在于，与所述通道电绝缘的且气密密封的套管优选为大体共轴地延伸穿过所述通道；并且所述电导体延伸穿过所述套管，且以气密密封的方式被包含在所述套管中，优选为以集成的方式被包含在所述套管中。

2.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，所述套管与所述通道之间的密封件是密封化合物，诸如塑料或玻璃化物。

3.如权利要求1或2所述的衬套，其特征在于，所述套管由金属构成，优选为与所述电导体相同的金属。

4.如权利要求1至3中任一项权利要求所述的衬套，其特征在于，所述套管由铁镍合金制成。

5.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的衬套，其特征在于，所述套管与所述壁之间的密封件具有与所述套管大体相同的热膨胀系数。

6.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的衬套，其特征在于，所述套管与所述壁之间的密封件具有比所述壁的材料更低的热膨胀系数。

7.如权利要求1至6中任一项权利要求所述的衬套，其特征在于，所述电导体被设计成绞合电线，优选为绞合铜线。

8.如权利要求1至7中任一项权利要求所述的衬套，其特征在于，所述电导体通过软焊或硬焊被包含在所述套管中，优选为穿过所述套管的整个长度。

9.如权利要求1至8中任一项权利要求所述的衬套，其特征在于，所述壁是传感器优选为感应位置传感器的外壳的一部分；并且所述电导体优选为所述传感器的线圈电线，用于使一个或多个线圈与连接电缆电接触；其中连接电线被焊接到所述套管的连接侧的端部、所述套管和/或所述电导体、或线圈电线。

10.如权利要求1至9中任一项权利要求所述的衬套，其特征在于，在连接侧区域中，优选为在所述传感器外壳中，密封化合物被设置成至少部分特别地填充在所述传感器外壳中；其中所述密封化合物围绕任何功能元件，特别是所述电导体或所述套管与所述连接电缆之间的接触部分，从而实现更持久的密封性和稳定性。

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