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Die Erfindung betrifft eine Durchführungsanordnung zum Beispiel zur Durchführung elektrischer Leitungen an druckdichten oder auch ex-geschützten Gehäusen, Wänden oder dergleichen Anordnungen.
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Aus der
DE 486 124 ist eine dichte Leiterdurchführung für Ölbehälter oder dergleichen bekannt, bei der der Leiter mit Ringnuten versehen ist. Der Leiter ist von einer Hartgummibüchse umschlossen, die um den Leiter herum gepresst ist. Zur besseren Abdichtung ist gegebenenfalls eine Zwischenlage aus weicherem Gummi versehen. Diese Durchführungsanordnung weist einen Ringflansch auf, der mit mehreren Bolzen unter Zwischenlage einer Dichtung mit der Wand des Ölbehälters verschraubt ist.
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Eine ähnliche Anordnung ist aus der
DE 1 041 123 bekannt. Hier ist ein Durchführungsbolzen mit Ringnuten in einen Kunstharzkörper eingegossen, wobei der Kunstharzkörper dann wiederum mit einer Gehäusewand verschraubt ist.
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Eine weitere Gehäusedurchführung ist aus der
DE 38 43 943 C2 bekannt. Zur Aufnahme einer Leitung ist dort ein Durchführungsstutzen vorgesehen, der eine Gehauseöffnung durchgreift. Die Gehäuseöffnung weist einen kurzen Rohrstutzen mit einer nach außen offenen Ringnut auf, in der eine Dichtung sitzt. Der Durchführungsstutzen übergreift den Rohrstutzen des Gehauses mit einem außeren schürzenartigen Abschnitt, der eine nach innen offene Ringnut aufweist, in der die genannte Dichtung hälftig sitzt.
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Weiter ist aus der
DE 698 33 174 T2 eine Durchführungsvorrichtung für Gehäuse elektrischer Gerte bekannt, die einen in eine Gehäusewand eingesetzten Durchführungsabschnitt aufweist. Dieser Durchführungsabschnitt weist einen tellerartig ausgebildeten außen abgewinkelten Rand auf, der in einem entsprechenden ringförmigen Hinterschnitt der Gehäusewand sitzt.
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Wiederum mit der sicheren Durchfuhrung von Leitern befasst sich die
DE 199 36 370 C2 . Ein metallischer, durch einen Kunststoffkörper geführter Leiterist mäandernd gebogen, wodurch er in dem Kunststoffkörper sicher gehalten ist.
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Die
WO 2009/068611 A1 offenbart einen elektrochemischen Sensor, bei dem ein Metallrohr und eine Leitung in einen Kunststoffkörper eingespritzt sind. Dieser sitzt in einem innen glattwandigen Rohr und dichtet dabei an der Rohrwand ab.
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Die Verbindung von Metall und Kunststoff unterliegt durch gegebenenfalls unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten von Metall und Kunststoff Beanspruchungen, die zu Undichtigkeiten führen können. Bleiben die Temperaturschwankungen in Grenzen, lassen sich beispielsweise Leitungen mit Gießharz in Buchsen sichern, ohne dass Kriechfugen entstehen. Wenn die Durchführungsanordnung allerdings für einen größeren Temperaturbereich geeignet sein soll, ergeben sich Schwierigkeiten. Sobald sich das Gießharz oder der sonstige Kunststoff in Folge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Gießharz von der Buchse löst, steht die Dichtigkeit der Durchführungsanordnung in Frage.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung anzugeben, mit der sich eine sichere Abdichtung auch für einen großen Temperaturbereich erzielen lässt.
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Diese Aufgabe wird mit einer Durchführungsanordnung gelost, die eine Buchse, eine sich durch diese erstreckende Leitung und einen dazwischen angeordneten Kunststoffkorper aufweist, der mindestens einen in einem ringförmigen Hinterschnitt der Buchse greifenden Fortsatz aufweist. Der Kunststoff, aus dem der Kunststoffkörper besteht, kann jeder duroplastische und thermoplastische Werkstoff, einschließlich Elastomer und Silicon, insbesondere jede Art von Vergussmassen z. B. auf Gießharzbasis, Polyesterbasis, Siliconbasis und dergleichen sein. Der Kunststoffkörper wird z. B. im Gießverfahren erzeugt und härtet dann aus. Er kann auch durch Spritzgießen unter Nutzung z. B. thermisch plastifiziertem Kunststoffs oder auf ähnliche geeignete Weise ausgebildet, d. h. in die Buchse eingeformt sein.
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Die Buchse weist einen von einer Wandfläche umgebenden Durchgang auf, der mit der Leitung einen Zwischenraum festlegt. Der Zwischenraum ist von dem Kunststoffkörper ausgefüllt, der beispielsweise durch Gießharz gebildet ist. Der Kunststoffkörper ist mit der vorzugsweise rotationssymmetrischen Buchse an der Formschlussstruktur sowohl axial als auch radial verzahnt.
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Die Formschlussstruktur kann durch eine in die Wandfläche eingestochene hinterschnittene Nut oder eine von der Wandfläche vorstehende axial abgewinkelte Rippe gebildet sein, die einen Ringraum festlegt, der mit dem Zwischenraum in Verbindung steht. Von der Leitung aus gesehen bildet der Ringraum an der Nut oder Rippe einen Hinterschnitt und somit eine radiale Formschlussstruktur. Es hat sich gezeigt, dass Gießharz oder auch sonstiger Kunststoff beim Ausharten auf diesen Hinterschnitt aufschrumpft. Dies setzt die Grenzflache zwischen den beteiligten Werkstoffen, beispielsweise Gießharz oder Kunststoff und Metall unter eine gewisse Vorspannung, also eine erhöhte Flächenpressung an der dichtenden Fläche in axialer und/oder radialer Richtung. In der Folge können sehr große Temperaturschwankungen ausgehalten werden, ohne dass sich offenstehende Mikrospalte bilden. Die Temperaturschwankungen können beispielsweise in einem Bereich von minus 60° Celsius bis plus 130° Celsius liegen.
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Außerdem lässt sich mit dieser Anordnung eine besondere Druckfestigkeit erreichen. Durch Ausbildung der Dichtfläche an der Buchse als nach außen weisende Konusfläche wird die Flachenpressung durch Druckbelastung erhoht. Die Flächenpressung kann durch axiale wie auch durch radiale Spannungen erzeugt werden, wenn der Körper die Konusfläche radial übergreift und so von außen her an ihr anliegt. So wird eine radiale Verzahnung bzw. ein radialer Formschluss geschaffen. Die Abdichtung wird insbesondere durch den anliegenden Druck unterstützt, wenn der Ringraum zu der Seite mit dem höheren Druck hin offen ist. Der anliegende Druck führt zu einer Erhöhung der Flächenpressung an der Grenzfläche und somit zu einer zusätzlichen Abdichtung.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung der Durchführungsanordnung ist auch für Buchsen und Durchgänge mit großerem Durchmesser geeignet, wobei große Gießharzvolumina verwendbar sind. Bei ausreichend großer Ausbildung des Ringraums kann trotz hoher Temperaturunterschiede und hoher Unterschiede zwischen den Ausdehnungskoeffizienten von Kunststoff bzw. Gießharz und Metall die Ausbildung von Spalten entlang der Wandfläche vermieden werden. Jedenfalls bleiben solche Spalte an der Hinterschneidungsfläche des Ringsraums geschlossen.
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Der Ringraum ist vorzugsweise über eine Bohrung, einen anderweitigen Kanal, eine schmale Axialnut, Schrägnut oder dergleichen mit dem Zwischenraum verbunden. Dies erleichtert die Herstellung des Kunststoffkörpers. Diese Ausfuhrungsform ist insbesondere dann sinnvoll anzuwenden, wenn zwei oder mehrere solcher Ringräume vorgesehen sind, die sich in unterschiedliche Richtungen offnen, so dass zumindest einer dem bei Gießen ansteigenden Kunstharzspiegel entgegen gerichtet angeordnet ist. Der Kanal kann als Entlüftungskanal wirken und die Ausbildung von Luftblasen in dem Ringraum verhindern. Vorzugsweise werden mehrere solcher Kanale vorgesehen.
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Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Ansprüchen. Es zeigen:
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1 eine Gehäusewand mit erfindungsgemäßer Durchführungsanordnung in ausschnittsweiser und geschnittener Darstellung,
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2 eine abgewandelte Ausführungsform einer Durchführungsanordnung in geschnittener Darstellung,
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3 und 4 Details der Durchführungsanordnung nach 2 in vergrößerter ausschnittsweiser Querschnittsdarstellung.
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In 1 ist eine zu einem Gehäuse gehörige Gehausewand 10 veranschaulicht, die eine Öffnung mit einer in die Öffnung eingesetzten Durchfuhrungsanordnung 11 aufweist. Die Durchführungsanordnung 11 dient zur Durchführung einer Leitung 12 durch die Gehäusewand 10. Die Leitung 12 kann eine elektrische Leitung mit einer Kunststoffisolation, eine optische Leitung mit einem Kunststoffmantel, eine Fluidleitung oder eine sonstige Leitung sein. Ihre Außenoberflache 13 kann zylindrisch oder anderweitig geformt sein. Es kann sich demnach um eine Rundleitung, eine Flachleitung oder sonstige Leitung handeln. Die Außenoberflache 13 kann eine Kunststoffoberflache oder auch eine Metalloberfläche sein. Sie kann glatt oder strukturiert ausgebildet sein.
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Zu der Durchführungsanordnung 11 gehort ein Durchführungskörper, der als Buchse 14 ausgebildet ist. Diese ist mit geeigneten Verbindungsmitteln versehen, um fest mit der Gehausewand 10 verbunden zu werden. Solche Mittel können zum Beispiel ein Außengewinde 15 mit einem sich anschließenden Radialflansch 16 sein. Andere Verbindungsmittel sind möglich. Insbesondere ist es auch möglich, die Gehausewand 10 und die Buchse 14 einteilig auszubilden. Zum Beispiel kann die Buchse 14 durch einen an eine Öffnung der Gehäusewand 10 angeformten Rohrstutzen oder auch Kragen ausgebildet sein.
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Die Buchse 14 weist einen axial durchgehenden Durchgang 17 auf, durch den sich die Leitung 12 beispielsweise konzentrisch erstreckt. Der Durchgang 17 wird von einer Wandfläche 18 begrenzt, die den Durchgang 17 umschließt und sich entlang desselben erstreckt.
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Die Wandfläche 18 kann zumindest über einen Teil ihrer Längserstreckung (das heißt Erstreckung von einem stirnseitigen Ende 19 zu dem gegenüberliegenden stirnseitigen Ende 20) abschnittsweise glatt und abschnittweise profiliert ausgebildet sein. Die Profilierung kann beispielsweise durch in die ansonsten zylindrische Wandfläche 18 radial nach außen ragende, vorzugsweise ringformige Nuten 21, 22 oder umgekehrt betrachtet durch von der Wandflache 18 radial nach innen vorragende, vorzugsweise als geschlossene Ringe ausgebildete Rippen 23, 24 gebildet sein.
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Zwischen der Wandfläche 18 und der Leitung 12 bzw. ihrer Außenoberfläche 13 ist ein Zwischenraum 25 ausgebildet, der zumindest teilweise durch ausgehärtetes Gießharz und somit einem Körper 26 ausgefüllt ist. Der Korper 26 umschließt dabei die Leitung 12 und erstreckt sich bis zu der Wandflache 18 um den Zwischenraum 25 abzudichten.
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Der Korper 26 steht mit einer an der Wandfläche 18 der Buchse 14 ausgebildeten Formschlussstruktur 281 in Eingriff. An der Formschlussstruktur ist der Körper 26 mit der Buchse 14 sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung formschlüssig verzahnt.
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Zur Ausbildung der Formschlussstruktur 281 schließt sich an den Zwischenraum 25 ein Ringraum 27 an, der mit dem Zwischenraum 25 in Verbindung steht, wobei er jedoch in Richtung auf die Leitung 12 hin, das heißt insbesondere radial zu dieser, durch einen die Leitung 12 im Abstand umschließenden ringförmigen Steg 28 getrennt ist. Aus Sicht der Leitung 12 bildet der Ringraum 27 somit eine hinterschnittene Nut, die hier an dem Steg 23 angebracht ist. Die den Ringraum 27 bildende hinterschnittene Nut ist in Axialrichtung, das heißt in Längsrichtung der Leitung 12 jedoch in einer Richtung offen. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel ist sie zu dem ersten stirnseitigen Ende 19 der Wandfläche 18 hin offen.
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An dem gegenüberliegenden Ende 20 ist eine Dichtungsscheibe 29 angeordnet, die insbesondere zur Herstellung des Kunststoffkörpers 26 genutzt wird. Die Dichtungsscheibe 29 besteht beispielsweise aus Metall, Hartplastik oder einem Elastomermaterial wie Gummi oder dergleichen.
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Die Gehäusewand 10 trennt zwei räumliche Bereiche oder Seiten voneinander, nämlich im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erste Seite 30, auf der beispielsweise zeitweilig oder auch permanent erhöhter Druck herrschen kann, sowie eine zweite Seite 31, auf der beispielsweise permanent Umgebungsdruck herrscht. Auf der Seite 30 herrschender Druck P ist in 1 durch Pfeile angedeutet.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die in soweit beschrieben Durchfuhrungsanordnung 11 lediglich als Beispiel zur Verdeutlichung einzelner Merkmale der Erfindung dient. Abwandlungen sind möglich. Beispielsweise kann zusätzlich oder anstelle des Außengewindes 15 an einer anderen Stelle der Buchse 14 ein Gewinde 32 vorgesehen sein. Auch ist das Material der Buchse 14 in weiten Grenzen wahlbar. Sie kann beispielsweise eine Aluminiumbuchse, Messingbuchse, Stahlbuchse oder eine aus einem sonstigen Metall bestehende Buchse sein. Ebenso kann die Buchse 14 aus einem geeigneten anderen Material, wie beispielsweise Kunststoff bestehen. Insbesondere kann es sich dabei um einen Kunststoff handeln, der mit dem Körper 26 keine besonders fest haftende Verbindung eingeht und/oder einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als dieser aufweisen. Auch können die Nuten 21, 22 in Form, Große und Anzahl variieren. Es kann sich wie dargestellt um Nuten mit rechteckigem Querschnitt, mit Trapezquerschnitt, mit Dreieckquerschnitt oder dergleichen handeln. Auch kann ein grobes Gewinde anstelle einzelner Ringnuten vorgesehen sein. Ähnliches gilt für die Rippen 23, 24, die die dargestellte oder eine abweichende Form haben konnen. Jedenfalls aber ist der Ringraum 27 vorhanden, der aus Sicht der Leitung 12 einen Hinterschnitt bildet und zu der Seite 30 hin offen ist.
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Die Durchführungsanordnung 11 wird beispielsweise folgendermaßen hergestellt:
Die Buchse 14 wird mit darin platzierter Leitung 12 zunächst vertikal positioniert, so dass die Dichtungsscheibe 29 unten und das Ende 19 oben ist. Es wird dann Gießharz in den Zwischenraum 25 eingefullt, bis es über dem Steg 28 steht und somit in den Ringraum 27 fließt. Es wird weiter Gießharz eingefüllt, bis eine ausreichende Materialstärke über dem Steg 28 vorhanden ist. Auf diese Weise bildet der Kunststoffkorper 26 einen mit der Buchse 14 verzahnten Abschnitt 33.
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Typischerweise ist der Kunststoffkorper 26 zunächst mit der Buchse 14 verklebt und dichtet somit entlang der gesamten Grenzfläche 34 ab. Aufgrund von allmählicher Materialschrumpfung des Körpers 26, Alterung, insbesondere aber Temperaturänderung, kann es jedoch partiell zu einer Ausbildung winziger Spalte an der Grenzfläche 34 kommen. Ist beispielsweise der Temperaturausdehnungskoeffizient des Kunststoffkörpers 26 wesentlich großer, als der des für die Buchse 14 verwendeten Metalls, schrumpft der Kunststoffkörper 26 bei sehr niedrigen Temperaturen stärker als die Buchse 14. Während die Grenzflache 34 deshalb großflächig unter Zugspannung gerät, erhält sie bei der konischen Ringanlagefläche zwischen dem ringförmigen Abschnitt 33 und dem Steg 28 Druckspannungen. Dort wird die von dem Abschnitt 33 gebildete ringförmige Rippe an den Steg 28 angedrückt, was die Abdichtung fördert.
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Im Falle der Druckbeanspruchung von der Seite 30 her, wird der Druck außerdem an der Verbindung zwischen dem Abschnitt 33 und dem Steg 28 anpressend und somit unterstützt er die Abdichtung.
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Ist der Temperaturkoeffizient des Kunststoffkorpers geringer als der der Buchse 14, gerät die Grenzflache 34 bei hohen Temperaturen unter Zugspannung. Das Dichtungsprinzip wirkt an dem Steg 28 dennoch wie oben beschrieben.
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2 veranschaulicht eine abgewandelte, ebenfalls vorzugsweise rotationssymmetrische Durchführungsanordnung 111, die einen größeren Durchmesser aufweist und somit gut zur Aufnahme lediglich einer oder auch mehrerer Leitungen 12 geeignet ist. Entsprechend groß ist der Zwischenraum 25, der hier fast vollständig von dem Kunststoffkörper 26 eingenommen ist. Für die Durchführungsanordnung 111 gilt die vorstehende Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugszeichen entsprechend, die hier ohne erneute Erlauterung unter Verweis auf die vorstehende Beschreibung verwendet sind.
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Wie 2 erkennen lässt, können Form und Anzahl der Rippen 24 variieren. Gleiches gilt für die zwischen ihnen und der benachbarten Rippe 23 gebildeten Nuten 21, 22. Ein wesentlicher Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 liegt in der Ausbildung zweier Ringräume 27, 127, die sich zu unterschiedlichen Axialrichtungen hin voneinander weg offnen. Während sich der Ringraum 27 zu der Seite 30 hin öffnet, öffnet sich der Ringraum 127 zu der Seite 31 hin.
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Zur Verdeutlichung sind die beiden Enden der Buchse 14 in 3 und 4 nochmals gesondert und vergrößert veranschaulicht. (Die nachfolgende Beschreibung gilt im Hinblick auf den Ringraum 27 entsprechend auch für die Dichtungsanordnung 11.)
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Wie ersichtlich bilden beide Ringraume 27, 127 axiale Ringnuten, die von einer ersten radial nach innen orientierten Wand 35, 135 und von einer zweiten ihr gegenuberliegenden Wand 36, 136 begrenzt sind. Die beiden Wandabschnitte 35, 36 bzw. 135, 136 gehen an einem vorzugsweise etwas gerundeten Nutboden ineinander über und definieren zwischen einander einen beispielsweise rechteckigen, vorzugsweise aber trapezförmigen Nutquerschnitt. Damit ist der Wandabschnitt 36, 136 vorzugsweise Teil einer Kegelfläche, das heißt er ist konisch. Sein Winkel zur Axialen ist vorzugsweise kleiner als 60°, womit sein in 3 beispielhaft eingetragener Kegelwinkel α vorzugsweise bis 120° betragen kann. Außerdem ist der Steg 28 bzw. 128 an seinem axialen Ende 37, 137 vorzugsweise gerundet.
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Die beiden Ringräume 27, 127 sind entgegengesetzt orientiert. Beim Gießvorgang weist der Ringraum 127 beispielsweise nach unten, das heißt zu der Dichtungsscheibe 29 hin, während der Ringraum 27 frei nach oben weist. Um eine blasenfreie Füllung des Ringraums 127 zu ermöglichen, kann dieser über einen oder mehrere Kanäle 138 mit dem sonstigen Zwischenraum 25 verbunden sein. Der Kanal 138 kann als Bohrung ausgebildet sein, die wie in 4 dargestellt zu einem inneren zylindrischen Abschnitt der Wandfläche 18 führt. Ebenso gut kann der Kanal 138 in die nachste ringformige Nut führen. Der Kanal 138 kann wie dargestellt als Bohrung oder alternativ auch als axialer Einschnitt ausgebildet sein, der den Steg 128 und eventuell auch die Rippe 123 ganz oder teilweise in Axialrichtung durchtrennt.
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Die dargestellte Durchführungsanordnung 111 arbeitet bei Druckbelastung von der Seite 30 her wie im Zusammenhang mit der Durchführungsanordnung 11 beschrieben. Wie in 3 zu sehen, kann sich ein Spalt 139 zwischen dem Kunststoffkörper 26 und der Wandfläche 18 der Buchse 14 bilden. Durch den Spalt 138 kann eine Druckbeaufschlagung des Kunststoffkörpers 26 erfolgen. Dieser Druck belastet den in dem Ringraum 27 liegenden, axial von der benachbarten Stirnseite der Buchse weg stehenden Ringvorsprung des Kunststoffkorpers 26 radial nach innen. Dadurch wird der Kunststoffkorper an den Wandabschnitt 36 angepresst, was die Abdichtung bewirkt und verbessert.
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Außerdem kann der Kunststoffkorper 26 durch den an seiner Stirnseite angreifenden Druck axial belastet werden, was den konischen Sitz des Kunststoffkörpers 26 auf dem Wandabschnitt 36 ebenfalls unterstützt.
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Erfolgt die Druckbelastung von der Gegenseite 31 her, kommt es über einen entsprechenden Mechanismus zur Druckbelastung an dem Flächenabschnitt 136 und somit wiederum zur Unterstützung und Erhöhung der Dichtungswirkung. Somit ist eine von beiden Seiten her druckbelastbare, über einen sehr weiten Temperaturbereich dauerhaft dichte Durchführungsanordnung geschaffen, die sowohl in kleinen Durchmessern gemäß 1, wie auch in großen Durchmessern gemäß 2 bereitgestellt werden kann.
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Eine Durchführungsanordnung 11, 111 weist eine Buchse 14 auf, durch die sich mindestens eine Leitung 12 erstreckt. Der Zwischenraum 25 zwischen der Buchse 14 und der Leitung 12 ist durch einen Körper 26 gefüllt.
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An der Wandung der Buchse 14 ist ein Hinterschnitt zur Ausbildung eines Ringsraums 27 vorgesehen, der von dem Kunststoffkörper 26 eingenommen wird. Dadurch entsteht eine radiale Verzahnung zwischen dem Kunststoffkörper 26 und der Buchse 14, die sowohl eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit, als auch eine hohe Druckbelastbarkeit ermöglicht und Kriechspalte vermeidet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäusewand
- 11
- Durchführungsanordnung
- 12
- Leitung
- 13
- Außenoberfläche
- 14
- Buchse
- 15
- Außengewinde
- 16
- Radialflansch
- 17
- Durchgang
- 18
- Wandfläche
- 19
- erstes Ende der Wandfläche 18
- 20
- zweites Ende der Wandflache 18
- 21
- erste Nut
- 22
- zweite Nut
- 23
- erste Rippe
- 24
- zweite Rippe
- 25
- Zwischenraum
- 26
- Gießharzkörper
- 27
- Ringraum
- 28
- Steg
- 29
- Dichtungsscheibe
- 30
- erste Seite
- 31
- zweite Seite
- P
- Druck
- 32
- Gewinde
- 33
- Abschnitt
- 34
- Grenzfläche
- 111
- Durchführungsanordnung
- 127
- Ringraum
- 35, 135
- radial nach innen weisender Wandanschnitt
- 36, 136
- nach außen weisender Wandabschnitt
- α
- Kegelwinkel
- 37, 137
- Stirnabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 486124 [0002]
- DE 1041123 [0003]
- DE 3843943 C2 [0004]
- DE 69833174 T2 [0005]
- DE 19936370 C2 [0006]
- WO 2009/068611 A1 [0007]
