DE1006916B - Implementation element - Google Patents

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DE1006916B
DE1006916B DES39392A DES0039392A DE1006916B DE 1006916 B DE1006916 B DE 1006916B DE S39392 A DES39392 A DE S39392A DE S0039392 A DES0039392 A DE S0039392A DE 1006916 B DE1006916 B DE 1006916B
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Dipl-Ing Dr Adolf Weis
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei der Durchführung von Leitungen durch Abschirmwände muß, insbesondere bei höheren Frequenzen, nicht nur eine hochfrequenzdichte Verbindung zwischen Leiter und Abschirmwand hergestellt werden, sondern gleichzeitig auch verhindert werden, daß Hochfrequenzströme über den Durchführungsleiter hinweg in den Raum jenseits der Abschirmwand eintreten. Man löst diese beiden Forderungen gemeinsam durch Anwendung eines sogenannten Durchführungskondensators, der einerseits die gewünschte hochfrequenzdichte Verbindung ergibt und gleichzeitig einen allerdings frequenzabhängigen Ableitwiderstand zum Gehäusepotential darstellt. Je nach der Größe der Kapazität, insbesondere aber auch je nach seiner konstruktiven Ausgestaltung, ist der sogenannte Kernwiderstand des Kondensators bis zu verschieden hohen Frequenzen ausreichend klein. Unter Kernwiderstand wird hierbei bekanntlich das Verhältnis von der Ausgangsspannung zu dem Eingangsstrom des offen betriebenen Vierpols verstanden. Die frequenzlineare Abhängigkeit des Kernwiderstandes gilt jedoch nicht mehr nach Erreichen einer bestimmten Grenzfrequenz, nämlich jener Frequenz, bei welcher Induktivitätswirkungen des Kondensators durch das von ihm erzeugte magnetische Feld auftreten. Durch an sich bekannte Maßnahmen, nämlich durch Dämpfungseinflüsse, kann man diese Störungen stark vermindern. Man kann auch die Durchführungsanordnung in Form eines Tiefpaßfilters ausführen, indem man zwei Ableitkondensatoren mit der durchgeführten Leitung in Verbindung bringt und das zwischen den Kondensatoren befindliche Leitungsstück magnetisch belastet, wie es in der schweizerischen Patentschrift 227 714 beschrieben ist. Hierdurch wird erreicht, daß das bei höheren Frequenzen sowieso schon eine Induktivität darstellende Leitungsstück zwischen den Kondensatoren in seiner Induktivität weiter erhöht und damit in günstigem Sinne wirksam wird.When cables are passed through shielding walls, especially at higher frequencies, not only a high-frequency-tight connection between conductor and shielding wall can be established, but at the same time also prevent high-frequency currents through the lead-through conductor step away into the room beyond the screen. These two demands are resolved together by using a so-called lead-through capacitor, which on the one hand has the desired High-frequency-tight connection results and at the same time a leakage resistance that is, however, frequency-dependent represents the housing potential. Depending on the size of the capacity, but in particular also depending According to its structural design, the so-called core resistance of the capacitor is up to different high frequencies sufficiently small. As is known, the core resistance is the ratio understood from the output voltage to the input current of the openly operated quadrupole. the The frequency-linear dependence of the core resistance is no longer valid after reaching a certain one Cutoff frequency, namely that frequency at which inductance effects of the capacitor through the magnetic field generated by it occur. By measures known per se, namely by Attenuation influences, these disturbances can be greatly reduced. The bushing arrangement can also be implemented in the form of a low-pass filter by one brings two bypass capacitors in connection with the lead through and that between the condensers located line section magnetically loaded, as it is in the Swiss Patent 227,714 is described. In this way it is achieved that this is the case at higher frequencies a piece of line between the capacitors in its inductance that already represents an inductance further increased and thus becomes effective in a favorable sense.

All den genannten und bekannten Ausführungen ist jedoch gemeinsam, daß die Kernwiderstandskurve nach Erreichen ihres Tiefstbereiches zu steigen beginnt, weil induktive Einflüsse überwiegen, danach wieder fällt, wieder steigt und so fort, so daß in diesem höheren Frequenzgebiet mit einer eindeutigen Wirkungsweise nicht gerechnet werden kann. Hinzu kommt, daß trotz aller geschickt ausgewählter Maßnahmen der Raumbedarf einer solchen Durchführung, wenn der Kernwiderstand sehr klein sein soll, doch noch erheblich ist und häufig stört.However, all of the above and known designs have in common that the core resistance curve after reaching its lowest range it begins to rise because inductive influences predominate, afterwards falls again, rises again and so on, so that in this higher frequency range with a definite Effectiveness can not be expected. In addition, despite all the cleverly chosen measures the space required for such a implementation if the core resistance is to be very small, yes is still considerable and is often bothersome.

Die Erfindung beschreibt nun ein Durchführungselement, das in seiner Arbeitsweise grundsätzlich von den bisher bekannten Durchführungskondensatoren bzw. durchführungsfilterähnlichen Organen verschie-Durchführangselement The invention now describes a lead-through element which, in its mode of operation, is basically of the hitherto known bushing capacitors or bushing filter-like organs different bushing element

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 4Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 4

Dipl.-Ing. Dr. Adolf Weis, München,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Dr. Adolf Weis, Munich,
has been named as the inventor

den ist. Sein konstruktiver Aufbau ähnelt allerdings den bekannten Durchführungsfiltern mit zwei Kondensatoren und dazwischenliegendem Serienwiderstand sehr. Erfindungsgemäß ist das zwischen den Kondensatoren befindliche Leiterstück mit einem magnetischen Körper beiastet, dessen Verlustfaktor in dem Betriebsfrequenzbereich größer als 1 ist, so daß das Längsglied vornehmlich die Eigenschaften eines Wirkwiderstandes hat.that is. Its construction, however, is similar to the well-known feed-through filters with two capacitors and the series resistance in between. According to the invention that is between the Capacitors located conductor piece with a magnetic body attached, its loss factor in the operating frequency range is greater than 1, so that the longitudinal member primarily the properties of an effective resistance.

Der rein äußere Aufbau entspricht damit praktisch einer Anordnung, die als Durchführungsfilter bekannt ist, indem nämlich zwei Ableitkapazitäten vorhanden sind und das dazwischenliegende Durchführungsleiterstück magnetisch belastet ist.The purely external structure thus practically corresponds to an arrangement known as a feed-through filter is in that there are two discharge capacitances and the lead-through conductor piece in between is magnetically loaded.

Während man sich jedoch bisher Mühe gab, die durch das Durchführungsleiterverbindungsstück gegebene Induktivität möglichst zu erhöhen, und deswegen auch die magnetische Belastung vorsah, ist die Erhöhung dieser Induktivität im vorliegenden Fall höchst unerwünscht. Bei dem magnetisierbaren Körper sollen vielmehr die gyromagnetischen Verluste ausgenutzt werden, d. h., er soll in Wirklichkeit mögliehst einem Ohmschen Widerstand entsprechen und weist wegen der großen Verluste eine nur geringe Wirkpermeabilität auf. Wert wird ausschließlich darauf gelegt, die Blindpermeabilität, die man normalerweise gar nicht betrachtet, möglichst groß zu gestalten. Um dies zu erreichen, geht man naturgemäß zweckmäßigerweise von einem Körper aus, der eine möglichst hohe Anfangspermeabilität besitzt, bei dem jedoch bei den in Frage kommenden Betriebsfrequenzen die Blindpermeabilität die Wirkpermeabilität weit übertrifft. Hierbei ist es zweckmäßig, einen hochpermeablen Körper zu wählen, der eine möglichst niedrige gyromagnetische Grenzfrequenz besitzt.However, while efforts have been made so far, that given by the feed-through conductor connector To increase the inductance as much as possible, and therefore also provided the magnetic load, is the Increasing this inductance is highly undesirable in the present case. With the magnetizable body rather, the gyromagnetic losses should be exploited, d. i.e., it should actually be possible correspond to an ohmic resistance and has only a small one because of the large losses Active permeability. The only thing that is important is the blind permeability that you normally have not considered at all, to make it as large as possible. To achieve this, one goes naturally expediently from a body which has the highest possible initial permeability, in which however, at the operating frequencies in question, the blind permeability far exceeds the effective permeability surpasses. It is useful here to choose a highly permeable body, which is one as possible has a low gyromagnetic cut-off frequency.

Der Vorteil, den das erfindungsgemäße Durchführungselement bietet, ist erstens die Erzielung bis da-The advantage offered by the lead-through element according to the invention is firstly that it can be achieved by

7»506ß067 »506ß06

hin unbekannter niedriger Kernwiderstände, d. h. eine Ableitung unerwünschter Frequenzen größten Ausmaßes, und zweitens eine Kernwiderstandskurve, die mit steigender Frequenz abfällt und sich höchstens asymptotisch der x-Achse nähert, ohne infolge induktiver Wirkungen zwischenzeitlich anzusteigen. Außerdem kommt hinzu, daß, wenn man gleiche Kernwiderstände zugrunde legt, das erfindungsgemäße Element raummäßig wesentlich kleiner ausgeführt werden kann und im Durchschnitt gesehen nur ein Zehntel des Raumbedarfs hat wie ein Ableitungselement bekannter Aufbauweise. Schließlich stellt das Durchführungselement eine äußerst einfache und auch leicht zu erstellende Konstruktion dar, die insbesondere für Einrichtungen mit großen Betriebsströmen sehr geeignet ist, weil lediglich der Durchführungsleiter in seinem Querschnitt diesen Betriebsströmen entsprechend angepaßt zu werden braucht.towards unknown lower core resistances, ie a derivation of undesired frequencies of the greatest extent, and secondly a core resistance curve which decreases with increasing frequency and approaches the x- axis at most asymptotically without increasing in the meantime due to inductive effects. In addition, if the same core resistances are used as a basis, the element according to the invention can be made much smaller in terms of space and, on average, only takes up a tenth of the space required as a dissipation element of known construction. Finally, the bushing element is an extremely simple and easy-to-create construction that is particularly suitable for devices with large operating currents, because only the cross-section of the bushing conductor needs to be adapted accordingly to these operating currents.

Tn der Zeichnung ist zunächst zum besseren Verständnis in der Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Durchführungselement dargestellt, das sich scheibenförmiger Durchführungskondensatoren bedient. Hierin bedeutet im einzelnen α ein scheibenförmiges Dielektrikum, b ein zweites scheibenförmiges Dielektrikum. Beide bilden den Abschluß eines an beiden Stirnseiten offenen Metallrohres c. Die Belegungen auf den Durchführungskondensatoren sind so angebracht, daß die eine, a' bzw. b', den äußeren Rand übergreift und mit dem Gehäuse unmittelbar, beispielsweise durch Verlötung, verbunden werden kann, während die Gegenbelegung a" bzw. b" vom Gehäuse isoliert ist und mit dem Durchführungsleiter d in Verbindung steht. Der Hohlraum des rohrförmigen Gehäuses c ist mit einem den Durchführungsleiter d ummantelnden und gegebenenfalls von diesen und dem Gehäuse isolierten hochpermeablen Körper p, der jedoch im vorliegenden Fall einen möglichst großen Verlustfaktor aufweisen soll, ausgefüllt. Die Anordnung wird dann in einen Durchbruch einer angedeuteten Abschirmwand e hochfrequenzdicht eingebracht.For a better understanding of the drawing, FIG. 1 shows a bushing element according to the invention which uses disk-shaped bushing capacitors. Here, α means in detail a disk-shaped dielectric, b a second disk-shaped dielectric. Both form the end of a metal tube c open at both ends. The assignments on the bushing capacitors are attached so that one, a ' or b', overlaps the outer edge and can be connected to the housing directly, for example by soldering, while the opposite assignment isolates a " or b" from the housing and is connected to the leadthrough conductor d . The cavity of the tubular housing c is filled with a highly permeable body p which encases the leadthrough conductor d and is optionally insulated from it and the housing, but which in the present case should have the greatest possible loss factor. The arrangement is then introduced into an opening in an indicated shielding wall e in a high-frequency-tight manner.

Eine andere, aber die gleiche Wirkung zeigende Konstruktion stellt die Fig. 2 dar. Hier ist ein rohrförmiges Dielektrikum, mit f bezeichnet, vorgesehen, das auf der Außenoberfläche einen durchgehenden Belag g· aufweist. Auf der Innenoberfläche dieses Körpers f sind die Belegungen h und i aufgebracht, die durch eine Isolierstrecke voneinander getrennt sind. Die Abschlüsse des stirnseitigen Rohres werden durch Metallscheiben k und / hergestellt, die mit dem Durchführungsleiter m verbunden sind und die gleichzeitig jeweils den zugehörigen Innenbelag h oder i kontaktieren. Der Hohlraum der rohrartigen Anordnung ist wiederum durch einen den Durchführungsleiter m ummantelnden und gegebenenfalls von diesen und den Innenbelegungen isolierten hochpermeablen Körper 0 mit großem Verlustfaktor ausgefüllt. Der Außenbelag g kann bei entsprechender Ausführung unmittelbar, beispielsweise in den Durchbruch einer Abschirmwand n, eingelötet werden.Another construction showing the same effect is shown in FIG. 2. Here a tubular dielectric, denoted by f , is provided which has a continuous covering g on the outer surface. The coatings h and i , which are separated from one another by an insulating section, are applied to the inner surface of this body f. The terminations of the end-face tube are produced by metal disks k and / which are connected to the lead-through conductor m and which at the same time make contact with the associated inner lining h or i. The hollow space of the tubular arrangement is in turn filled by a highly permeable body 0 with a large loss factor that encases the leadthrough conductor m and is optionally insulated from it and the inner coverings. With a corresponding design, the outer covering g can be soldered directly, for example into the opening of a shielding wall n.

Rechnungen und Messungen, die für das erfmdungsgemäße Durchführungselement durchgeführt wurden, ergaben einen interessanten Aufschluß. Nimmt man als Kapazität eines Scheibenkondensators, wie in der Fig. 1 verwendet, eine Größe von 3000 pF an, dann hat der Kernwiderstandswert eines solchen Kondensators im Frequenzgebiet von 50 bis 1000 MHz einen Wert von 1 bis 0,4 Ohm. Zwei derartige parallel geschaltete Kondensatoren würden demnach einen Kernwiderstand zwischen 0,5 und 0,2 Ohm aufweisen. Benutzt man nun die erfmdungsgemäße Aufbauanordnung und umgibt das Durchführungsleiterstück zwischen diesen beiden Scheibenkondensatoren in einer Länge von etwa 20 mm mit einem Ferritwerkstoff mit einer Anfangspermeabilität μβ von etwa 1500 μ0, der in diesem Frequenzgebiet einen Verlustfaktor besitzt, der wesentlich größer als 1 ist, dann hat dieses Durchführungselement einen Kernwiderstand von ungefähr 2 Milliohm, d. h., die aus den beiden Kapazitäten bekannte Anordnung verhält sich zu der erfindungsgemäßen Anordnung kernwiderstandsmäßig wie 175 : 1.Calculations and measurements that were carried out for the lead-through element according to the invention gave an interesting insight. If the capacitance of a disc capacitor, as used in FIG. 1, is assumed to be 3000 pF, then the core resistance of such a capacitor in the frequency range from 50 to 1000 MHz has a value of 1 to 0.4 ohms. Two such capacitors connected in parallel would accordingly have a core resistance between 0.5 and 0.2 ohms. If the assembly arrangement according to the invention is now used and the lead-through conductor piece between these two disc capacitors is around 20 mm long with a ferrite material with an initial permeability μ β of around 1500 μ 0 , which has a loss factor in this frequency range that is significantly greater than 1, this lead-through element then has a core resistance of approximately 2 milliohms, that is to say, the arrangement known from the two capacitances has a core resistance ratio of 175: 1 to the arrangement according to the invention.

Rechnet man umgekehrt aus, welche Durchführungskapazität einem erfindungsgemäßen Durchführungselement entspricht, und setzt dabei eine Ausführungsform entsprechend der Fig. 2 an, wobei jede der beiden Kapazitäten je 50OpF besitzt, und legt dabei eine Betriebsfrequenz von 100 MHz zugrunde, dann würde dem erfindungsgemäßen, nicht ganz bleistiftstarken Bauelement bezüglich des Kernwiderstandes ein Durchführungskondensator von 16 700 pF entsprechen. Man erkennt, um wieviel wirksamer das erfindungsgemäße Durchführungselement als die bekannten Ausführungen und Maßnahmen ist, wobei immer wieder zu bedenken ist, daß bei weitersteigenden Frequenzen die bekannten Anordnungen ein Steigen des Kernwiderstandes zeigen, während die erfindungsgemäße Anordnung laufend weiter abfällt, so daß sie sich besonders vorteilhaft zur Ableitung hochfrequenter Ströme von Leitern vorzugsweise hoher Betriebsströme eignet.Conversely, if one calculates which lead-through capacity corresponds to a lead-through element according to the invention, and an embodiment according to FIG. 2 is used, with each of the both capacities each has 50OpF, and is based on an operating frequency of 100 MHz, then would be the component according to the invention, which is not quite as strong as a pencil, in terms of core resistance a feed-through capacitor of 16,700 pF. You can see how much more effective it is Implementation element according to the invention than the known designs and measures, wherein It must be remembered again and again that the known arrangements become effective with increasing frequencies Show increases in the core resistance, while the inventive arrangement continues to drop, so that they are particularly advantageous for diverting high-frequency currents from conductors, preferably higher Operating currents.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Durchführungselement in der Art eines Tiefpasses aus zwei Kapazitäten und dazwischenliegendem Serienwiderstand, insbesondere zur Ableitung unerwünschter Hochfrequenzströme, vorzugsweise höchster Frequenzen, von einer durch eine Abschirmwand geführten Betriebsstromleitung, dessen Längszweig für den Nutzstrom einen möglichst niedrigen, für die abzuleitenden Störströme jedoch einen möglichst großen Widerstand darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den Kondensatoren befindliche Leiterstück mit einem magnetischen Körper belastet ist, dessen Verlustfaktor in dem Betriebsfrequenzbereich größer als 1 ist, so daß das Längsglied vornehmlich die Eigenschaften eines Wirkwiderstandes hat.1. Implementation element in the form of a low-pass filter made up of two capacitors and one in between Series resistance, in particular to divert undesired high-frequency currents, preferably highest frequencies, from an operating power line passed through a shielding wall, whose series branch for the useful current is as low as possible for the one to be diverted However, interference currents represent the greatest possible resistance, characterized in that the the piece of conductor between the capacitors is loaded with a magnetic body, whose loss factor in the operating frequency range is greater than 1, so that the longitudinal member primarily has the properties of an effective resistance. 2. Durchführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochpermeable Körper eine möglichst niedrige gyromagnetische Grenzfrequenz besitzt.2. Bushing element according to claim 1, characterized in that the highly permeable body has the lowest possible gyromagnetic cut-off frequency. 3. Durchführungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus zwei in den Stirnseiten eines offenen Rohres eingesetzten Scheibendurchführungskondensatoren, vorzugsweise keramischer Art, mit Bariumtitanat oder einem ähnlich hohe DK aufweisenden Dielektrikum und zwischen diesen Kondensatoren den Durchführungsleiter umhüllenden hochpermeablen Körper besteht und daß die Anordnung hochfrequenzdicht in den Durchbruch einer Abschirmwand eingesetzt ist (Fig. 1).3. Bushing element according to claim 1 or 2, characterized in that the arrangement consists of two disk feed-through capacitors inserted in the end faces of an open tube, preferably of the ceramic type, with barium titanate or a dielectric with a similar high DK and between these capacitors, the lead-through conductor is enveloped by highly permeable ones Body consists and that the arrangement is high frequency tight in the breakthrough of a shielding wall is used (Fig. 1). 4. Durchführungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus einem gleichzeitig das Dielektrikum der beiden Kondensatoren darstellenden Rohr besteht, das vorzugsweise aus einer eine sehr hohe DK aufweisenden Keramik besteht und auf der Außenseite4. bushing element according to claim 1 or 2, characterized in that the arrangement consists of a tube that simultaneously represents the dielectric of the two capacitors preferably consists of a very high DC having ceramic and on the outside einen den beiden Kapazitäten gemeinsamen Belag (G) trägt, der mit dem Durchbruch einer Abschirmwand in hochfrequenzdichte Verbindung gebracht wird, und daß auf der Innenoberfläche des Rohres zwei axial hintereinander angeordnete Gegenbelegungen angebracht sind, die mit dem Durchführungsleiter hochfrequenzdicht verbunden sind, während das Innere des Röhrchens durch einen den Durchführungsleiter umhüllenden hochpermeablen Körper ausgefüllt ist (Fig. 2).one of the two capacities common covering (G) which is brought into high-frequency-tight connection with the breakthrough of a shielding wall, and that on the inner surface of the pipe two axially one behind the other opposing assignments are attached, which are connected to the leadthrough high-frequency-tight, while the interior of the Tube is filled by a highly permeable body enveloping the leadthrough conductor (Fig. 2). 5. Durchführungselement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der hochpermeable Körper isoliert vom Gehäuse und/oder Durchführungsleiter angeordnet ist.5. Implementation element according to claim 1 or one of the following, characterized in that the highly permeable body is arranged isolated from the housing and / or feed-through conductor. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 873 417, 873 576, 765, 897 861;Considered publications:
German Patent Nos. 873 417, 873 576, 765, 897 861; schweizerische Patentschriften Nr. 227 714, 245 818; Philips' techn. Rundschau, Mai 1950, S. 317 bis 326.Swiss patents Nos. 227 714, 245 818; Philips' tech. Rundschau, May 1950, pp. 317 to 326. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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