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Die Erfindung betrifft einen Durchführungskondensator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Durchführung eines elektrischen Leiters durch eine leitfähige Wandung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
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Stand der Technik
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Zur Reduzierung von Störaussendungen ist es bekannt, elektrische Geräte, beispielsweise Elektromotoren, in metallische Gehäuse zu kapseln. Zuleitungen des elektrischen Geräts müssen dazu durch eine Wandung des Gehäuses geführt werden. Dabei wirken die Zuleitungen als Antennen für hochfrequente Strahlung. Um solche hochfrequenten Störsignale herauszufiltern, ist es bekannt, elektrische Leitungen über Durchführungskondensatoren durch Wandungen von Schirmgehäusen zu führen.
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Es ist bekannt, Durchführungskondensatoren als koaxiale Kondensatoren mit einem röhrenförmigen Körper aus keramischem Material auszubilden. Durch eine Wandung eines Schirmgehäuses zu führende Leitungen werden durch den röhrenförmigen Körper geführt und mit einer Innenmetallisierung verlötet. Eine Außenmetallisierung des Durchführungskondensators wird leitfähig mit der Wandung verbunden. Als problematisch hat sich erwiesen, dass die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien in solches Durchführungskondensatoren Zug- und Druckspannungen erzeugen können, die häufig zu Beschädigungen und zum Ausfall der Kondensatoren führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Durchführungskondensator bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Durchführungskondensator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Durchführung eines elektrischen Leiters durch eine leitfähige Wandung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Durchführungskondensator umfasst einen elektrisch isolierenden Körper mit einer Durchgangsöffnung, wobei eine Wand der Durchgangsöffnung des Körpers eine innere Metallisierung aufweist und der Körper eine äußere Metallisierung aufweist. Außerdem ist ein elektrisch leitfähiges Zwischenglied vorgesehen, das elektrisch leitfähig mit einem elektrischen Leiter verbindbar ist. Zusätzlich ist das Zwischenglied in der Durchgangsöffnung des Körpers elektrisch leitfähig mit der inneren Metallisierung verbindbar. Vorteilhafterweise kann das Zwischenglied dann unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Komponenten des Durchführungskondensators ausgleichen. Dadurch werden eine Beschädigung und ein Ausfall des Durchführungskondensators unwahrscheinlicher. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auf einen Lötprozess verzichtet werden kann. Dies senkt die Kosten bei der Verwendung des Durchführungskondensators. Außerdem werden mit Lötprozessen einhergehende Gefahren, beispielsweise die Gefahr von Kurzschlüssen durch Lötperlen und Lötbrücken, vermieden.
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Bevorzugt ist der Körper hohlzylindrisch ausgebildet. Vorteilhafterweise hat sich diese Gestaltung als geeignet für viele Anwendungszwecke erwiesen.
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Bevorzugt weist der Körper eine Keramik auf. Vorteilhafterweise bieten keramische Materialien günstige mechanische und dielektrische Eigenschaften.
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Es ist zweckmäßig, wenn das Zwischenglied elastisch oder duktil ausgebildet ist. Vorteilhafterweise gewährleistet das Zwischenglied dann einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen der Innenmetallisierung des Körpers und dem elektrischen Leiter und ist in der Lage, thermische Ausdehnungen auszugleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Zwischenglied als metallisches Federelement ausgebildet. Vorteilhafterweise lassen sich derartige metallische Federelemente günstig herstellen und sind mechanisch zuverlässig.
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In einer Weiterbildung des Durchführungskondensators weist das Zwischenglied an mindestens einem Ende einen Flansch auf. Vorteilhafterweise erleichtert ein solcher Flansch die Montage des Durchführungskondensators.
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Bevorzugt ist die Verbindung zwischen dem Leiter und dem Zwischenglied als Press-, Crimp- oder Rastverbindung erzeugbar. Vorteilhafterweise sind solche mechanischen Verbindungen einfacher herzustellen als Lötverbindungen.
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Ebenfalls bevorzugt ist die Verbindung zwischen dem Zwischenglied und dem Körper als Press-, Crimp- oder Rastverbindung erzeugbar. Vorteilhafterweise kann auch hier eine einfache mechanische Verbindung anstelle einer aufwändig herzustellenden Lötverbindung angewandt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Durchführung eines elektrischen Leiters durch eine leitfähige Wandung weist Verfahrensschritte auf zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter und einem elektrisch leitfähigen Zwischenglied, zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Zwischenglied und einem elektrisch isolierenden Körper und zum Einsetzen des Körpers in einen Durchbruch der Wandung. Vorteilhafterweise können in diesem Verfahren Lötprozesse völlig vermieden werden. Dadurch entfallen auch die für eine sachgerechte Lötung erforderlichen Prozesse und eine Überwachung dieser Prozesse. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der notwendigen Investitionen. Außerdem vereinfacht sich die Systemintegration. Dies erlaubt den Einsatz von Durchführungskondensatoren in Applikationen mit geringen Abmessungen und in komplexen Umfeldern. Die Zuverlässigkeit und die Gebrauchsfähigkeit der Kontaktierung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Durchführungskondensator werden merklich verbessert.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Verbindung zwischen dem Zwischenglied und dem elektrisch isolierenden Körper vor der Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem elektrisch leitfähigen Zwischenglied hergestellt. Vorteilhafterweise ermöglicht es dies, das Zwischenglied und den Körper bereits vor der Verwendung des Durchführungskondensators miteinander zu verbinden. Dies erlaubt es einem Hersteller, einsatzbereit konfektionierte Durchführungskondensatoren auszuliefern.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei werden für gleiche oder gleich wirkende Elemente einheitliche Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
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1 einen Körper eines Durchführungskondensators;
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2 ein Zwischenglied eines Durchführungskondensators;
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3 einen elektrischen Leiter; und
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4 einen Durchführungskondensator.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Körpers 100 für einen Durchführungskondensator 400. Der Körper 100 ist hohlzylindrisch aufgebaut und weist eine Durchgangsöffnung 110 auf. Der Körper 100 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, bevorzugt aus einer Keramik. Die innere Zylinderwand des Körpers 100, somit die Außenwand der Durchgangsöffnung 110, weist eine Innenmetallisierung 120 auf. Die äußere Wand des Körpers 100, also seine Mantelfläche, weist eine Außenmetallisierung 130 auf.
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Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 110 ist etwas größer als der Durchmesser eines elektrischen Leiters 300, zu dessen Durchführung der Durchführungskondensator 400 verwendet werden soll. Der Außendurchmesser des Körpers 110 entspricht etwa dem Durchmesser eines Durchbruchs in einer Wandung eines Schirmgehäuses, durch den der Durchführungskondensator 400 geführt werden soll.
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In alternativen Ausführungsformen ist der Körper 100 nicht hohlzylindrisch, sondern beispielsweise quaderförmig mit einer Durchgangsöffnung 110 ausgebildet.
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2 zeigt ein Zwischenglied 200. Das Zwischenglied 200 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metall. Bevorzugt ist das Zwischenglied 200 duktil oder, besonders bevorzugt, elastisch ausgebildet.
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Das Zwischenglied 200 ist dazu vorgesehen, elektrisch leitfähig mit dem elektrischen Leiter 300 verbunden zu werden. Zu diesem Zweck weist das Zwischenglied 200 eine Durchgangsöffnung 210 auf. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 210 ist genauso groß oder etwas geringer als der Durchmesser des elektrischen Leiters 300 gewählt. Das Zwischenglied 200 ist außerdem dazu vorgesehen, in der Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100 angeordnet zu werden und dort eine leitfähige Verbindung zur Innenmetallisierung 120 des Körpers 100 herzustellen. Daher ist der Außendurchmesser des Zwischenglieds 200 genauso groß oder etwas größer wie der Durchmesser der Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100 gewählt.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform des Zwischenglieds 200 ist das Zwischenglied 200 als metallische Feder mit mehreren Federschlitzen 230 ausgebildet. Die Federschlitze 230 erlauben eine elastische Verformung des Zwischenglieds 200.
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Bevorzugt bewirkt die elastische Verformbarkeit des Zwischenglieds 200 eine stabile elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Zwischenglied 200 und dem Leiter 300 und eine stabile elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Zwischenglied 200 und der Innenmetallisierung 120 in der Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100. Besonders bevorzugt sind das Zwischenglied 200 und der Durchmesser der Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100 so bemessen, dass eine durch den Körper 100 auf das Zwischenglied 200 ausgeübte Kraft auch zu einer durch das Zwischenglied 200 auf den Leiter 300 ausgeübten Kraft führt und dadurch beide Verbindungen gleichzeitig stabilisiert.
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Vorteilhafterweise können durch die elastischen Eigenschaften des Zwischenglieds auch durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Körpers 100, des Zwischenglieds 200 und des Leiters 300 bedingte Dehnungen und Verspannungen ausgeglichen werden. Dadurch werden die leitfähigen Verbindungen zwischen dem Leiter 300 und dem Zwischenglied 200 sowie zwischen dem Zwischenglied 200 und der Innenmetallisierung 120 des Körpers 100 auch unter dem Einfluss von Temperaturwechseln aufrecht erhalten. Eine Beschädigung des Körpers 100 durch temperaturbedingte Verspannungen wird vermieden.
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Das Zwischenglied 200 kann auch anders als in 2 dargestellt ausgebildet sein. Beispielsweise muss das Zwischenglied 200 nicht als Hülse ausgebildet sein, sondern kann etwa auch als ein halbschalenförmiges Blech ausgeführt. sein. In diesem Fall kann das Zwischenglied 200 mittels einer Crimp- oder Pressverbindung mit dem Leiter 300 verbunden werden. In einer weiteren Ausführungsform besteht das Zwischenglied 200 aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff mit elastischen Eigenschaften.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform des Zwischenglieds 200 weist das Zwischenglied 200 in axialer Richtung des Leiters 300 an einem Ende einen Flansch 220 auf. Der Flansch 220 erleichtert die Montage des Zwischenglieds 200 in der Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100. Der Außendurchmesser des Flansches 220 ist größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 110. Das Zwischenglied 200 kann soweit in die Durchgangsöffnung 110 eingeschoben werden bis der Flansch 220 am Rand der Durchgangsöffnung 110 anliegt. Dadurch wird eine korrekte Positionierung des Zwischenglieds 200 in der Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100 gewährleistet. Der Flansch 220 kann auch entfallen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Leiters 300, der mittels des Durchführungskondensators 400 durch eine Wandung eines Schirmgehäuses geführt werden soll. In 3 weist der Leiter 300 einen kreisscheibenförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser auf, der genauso groß oder etwas größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 210 des Zwischenglieds 200 ist. Der Querschnitt des Leiters 300 kann jedoch auch eine andere Form aufweisen. Bevorzugt weist der Durchbruch 210 des Zwischenglieds 200 dann einen ähnlichen Querschnitt auf.
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4 zeigt eine Ansicht des komplett montierten Durchführungskondensators 400. Der Durchführungskondensator 400 dient dazu, den Leiter 300 durch einen Durchbruch 510 in einer Wandung 500 eines Gehäuses oder einer Schirmung zu führen. Das Zwischenglied 200 ist elektrisch leitfähig mit dem Leiter 300 verbunden. Das Zwischenglied 200 ist derart in die Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100 eingesetzt, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Zwischenglied 200 und der Innenmetallisierung 120 des Körpers 100 und somit auch zwischen der Innenmetallisierung 120 und dem elektrischen Leiter 300 besteht. Der Körper 100 ist so im Durchbruch 510 der Wandung 500 angeordnet, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Außenmetallisierung 130 und der elektrisch leitfähigen Wandung 500 besteht. Die Innenmetallisierung 120 und die Außenmetallisierung 130 bilden zwei Kondensatorplatten des Durchführungskondensators 400. Gemeinsam mit dem Leiter 300 bildet der Durchführungskondensator 400 einen elektrischen Tiefpass.
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Die Montage des Durchführungskondensators 400 kann so erfolgen, dass das Zwischenglied 200 zunächst über den Leiter 300 gestülpt und durch eine Crimp-, Rast- oder Pressverbindung elektrisch leitfähig mit dem Leiter 300 verbunden wird. Anschließend wird das Zwischenglied 200 mit eingelegtem Leiter 300 in die Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100 eingeführt und durch eine Press-, Crimp- oder Rastverbindung elektrisch leitfähig mit der Innenmetallisierung 120 des Körpers 100 verbunden. Dann wird der aus Körper 100, Zwischenglied 200 und Leiter 300 gebildete Durchführungskondensator 400 in den Durchbruch 510 der Wandung 500 eingesetzt und elektrisch leitfähig mit der Wandung 500 verbunden. Diese Verbindung kann ebenfalls eine Press-, Crimp- oder Rastverbindung oder auch eine Lötverbindung sein. Die Außenfläche des Körpers 100 kann einen in 1 und 4 nicht dargestellten Flansch aufweisen, um die Verbindung mit der Wandung 500 zu vereinfachen.
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Ein alternatives Verfahren zur Montage des Durchführungskondensators 400 sieht vor, das Zwischenglied 200 zunächst in der Durchgangsöffnung 110 des Körpers 100 anzuordnen und erst dann den Leiter 300 durch die Durchgangsöffnung 210 des Zwischenglieds 200 zu führen. Entweder werden dabei durch die elastischen Eigenschaften des Zwischenglieds 200 gleichzeitig mechanisch stabile und elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen dem Leiter 300 und dem Zwischenglied 200 und dem Zwischenglied 200 und der Innenmetallisierung 120 des Körpers 100 hergestellt, oder diese Verbindungen werden anschließend durch einen gemeinsamen Crimp- oder Pressvorgang erzeugt. Anschließend kann der Durchführungskondensator aus Körper 100, Zwischenglied 200 und Leiter 300 wiederum im Durchbruch 510 der Wandung 500 befestigt werden.
