DE102012200408A1

DE102012200408A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung

Info

Publication number: DE102012200408A1
Application number: DE201210200408
Authority: DE
Inventors: Richard Eichhorn; Christian Hoffmann; Jan Matschulla; Khanh Pham Gia
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellung einer elektrischen Durchführung (2), das die Schritte Beschichten einer Glasfolie (48) mit einem Metall (30), Erwärmen der Glasfolie (48) auf eine Temperatur oberhalb ihrer Verformungstemperatur, Wickeln der beschichteten und erwärmten Glasfolie um einen Träger (24) und Schmelzen der Glasfolie (48) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung und ein medizinisches Gerät mit der elektrischen Durchführung.
Eine elektrische Durchführung ist ein Isolator, der ein Hochspannungspotential führendes Kabel oder eine Durchleitung durch ein Gehäuse führt, das in der Regel geerdet ist.
Die elektrische Durchführung besteht aus einem isolierenden Werkstoff der den Potentialunterschied zwischen dem Kabel und dem geerdeten Gehäuse trennt, ohne dass elektrische Entladungen zwischen dem Kabel und dem geerdeten Gehäuse über den isolierenden Werkstoff oder über das gehäuseinnenseitige und/oder gehäuseaußenseitige Umgebungsmedium auftreten.
Derartige elektrische Entladungen durch den isolierenden Werkstoff können auftreten, wenn dieser elektrisch durchschlägt, wenn also die Spannung zwischen der Hochspannungsleitung und dem geerdeten Gehäuse größer ist, als eine durch die Durchschlagfestigkeit des isolierenden Werkstoffs bestimmte Durchschlagspannung.
Eine elektrische Durchführung der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der DE 31 49 677 A offenbart.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte elektrische Durchführung zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Durchführung vor, das zu einem Glaskörper führt, in dem metallische Beläge eingebettet sind.
Dem Vorschlag liegt die Vorüberlegung zugrunde, dass eine elektrische Durchführung auf Gleichspannungsbeanspruchungen ausgelegt werden kann. Eine Auslegung auf eine Wechselspannungsbeanspruchung könnte durch eine gesteuerte elektrische Durchführung erreicht werden, wobei voneinander isolierte Metallbeläge gestapelt und zylindrisch zusammengerollt werden. Wird der so entstehende Zylinder um eine Hochspannungsleitung gelegt, wirken die zylindrischen Metallbeläge wie Steuerbeläge um die das Hochspannungspotential führende Hochspannungsleitung, wobei sich das Potential in den einzelnen Metallbelägen aus einer kapazitiven Kopplung der einzelnen Metallbeläge zueinander einstellt. Bei einem symmetrischen Aufbau würde sich dann pro Metallbelag ein gleichmäßiger Spannungsabbau ΔU ergeben.
Der gleichmäßige Spannungsabbau ΔU reduziert ein Spannungsgefälle zwischen der Hochspannungsleitung und einem die Hochspannungsleitung führenden, geerdeten Gehäuse, zwischen denen die elektrische Durchführung angeordnet ist. Wäre die elektrischen Durchführung ohne diese Metallbeläge ausgeführt, würde dieses Spannungsgefälle im Falle einer Wechselspannung aufgrund von Oberflächenströmen unverhältnismäßig hoch ansteigen und könnte zu schädlichen Randentladungen an den Rändern der elektrischen Durchführung ohne die Metallbeläge führen. Durch die Randentladungen wiederum könnte sich die Isolationsschicht der elektrischen Durchführung erwärmen, was zu einer spürbaren Abnahme der Durchschlagfestigkeit des verwendeten Isolationsmaterials und damit der gesamten elektrischen Durchführung führen kann.
Neben ihrer isolierenden Eigenschaft zum Abbau des Spannungsgefälles zwischen der Hochspannungsleitung und dem Träger der Hochspannungsleitung muss die elektrische Durchführung aber auch anderen Voraussetzungen genügen, die applikationsabhängig sind. In vielen Fällen ist es notwendig, dass die elektrische Durchführung hochtemperaturresistent ist, da sie beim Einbau in ein die elektrische Durchführung nutzenden Gerät angeschweißt oder anderweitig mittels erhitzenden Verfahren befestigt werden muss. Zudem können während des Betriebs selbst ebenfalls hohe Temperaturen erzeugt werden, denen die elektrische Durchführung auch widerstehen muss. Zudem kann die elektrische Durchführung beispielsweise einem Vakuum ausgesetzt sein, in dem sie zum Schutz des Vakuums nicht ausgasen darf, um die Qualität des Vakuums nicht zu verringern. Das Material der elektrischen Durchführung muss daher robust gegenüber möglichst vielen Umgebungseinflüssen sein, die auf die elektrische Durchführung einwirken können.
Ein besonders geeignetes Material wäre dabei Glas als Isolator. Es ist temperaturresistent für Schweißtemperaturen über 600°C und gast zudem auch unter Vakuum nicht aus. Zur Herstellung einer elektrischen Durchführung mit einem Isolationsmaterial aus Glas gibt die Erfindung daher ein Verfahren an, das die Schritte zur Herstellung einer elektrischen Durchführung Beschichten einer Glasfolie mit einem Metall, Erwärmen der Glasfolie auf eine Temperatur oberhalb ihrer Verformungstemperatur, Wickeln der beschichteten und erwärmten Glasfolie um einen Träger und Schmelzen der Glasfolie umfasst. Dabei können die Schritte Beschichten der Glasfolie und Erwärmen der Glasfolie unabhängig voneinander ausgeführt werden, was heißt, dass die beschichte Glasfolie erwärmt oder auch die erwärmte Glasfolie beschichtet werden kann.
Durch das angegebene Verfahren lassen sich elektrische Durchführungen herstellen, die vielen Umwelteinflüssen, wie hohen Temperaturen und einem Vakuum standhalten können.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Glasfolie eine bestimmte Länge auf, wobei der Schritt Beschichten der Glasfolie mit dem Metall in einem Längenabschnitt der Glasfolie und der Schritt Wickeln der beschichteten und erwärmten Glasfolie ihrer Länge nach um den Träger erfolgt. Auf diese Weise kann die Länge des Metallbelages auf die Umfangslänge der elektrischen Durchführung beschränkt werden, so dass effektiv die gesamte radiale Dicke des entstehenden Glaskörpers zum Abbau der elektrischen Spannung zwischen dem Hochspannungskabel und dem geerdeten Gehäuse herangezogen werden kann, ohne dass durch sich überlappende Metallbeläge gleichen Potentials potentialfreie radiale Bereiche in dem Glaskörper entstehen, die dann wiederrum den Spannungsabbau in den restlichen radialen Bereichen der elektrischen Durchführung erhöhen.
In einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung weist der Abschnitt aus dem Metall in Längsrichtung der Glasfolie eine Länge auf, die kleiner als ein Umfang des Trägers ist, so dass der Abschnitt aus dem Metall um den Träger mit einem offenen Segment gelegt wird. Auf diese Weise werden die oben genannten potentialfreien radialen Bereiche im Glaskörper gänzlich vermieden.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist der Abschnitt aus dem Metall in Längsrichtung der Glasfolie eine Länge auf, die größer als ein Umfang des Trägers ist, so dass der Abschnitt aus dem Metall um den Träger mit einem überlappenden Segment gelegt wird. Auf diese Weise werden zwar leicht überlappende Bereich der Metallbeläge in die elektrische Durchführung eingebracht, es werden jedoch auch offene Segmente vermieden, in denen überhaupt kein gleichmäßiger radialer Spannungsabbau vom Hochspannungskabel auf den Träger stattfinden kann.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Beschichten der Glasfolie mit einem weiteren Metall in einem weiteren Längsabschnitt der Glasfolie über eine Länge der Glasfolie, die kleiner oder größer ist, als der Umfang des Träger derart, dass das offene beziehungsweise überlappende Segment des Abschnitts aus dem Metall und das offene oder überlappende Segment des weiteren Abschnitts aus dem weiteren Metall in Umfangsrichtung des Trägers versetzt zueinander angeordnet werden. Das weitere Metall kann dabei das gleiche Metall sein, wie das Metall des ersten Abschnitts, oder von diesem verschieden sein. Die offenen oder überlappenden Segmente der Metallbeläge rufen in der elektrischen Durchführung wie bereits erwähnt Inhomogenitäten derart hervor, dass in diesen Bereichen entweder überhaupt kein gleichmäßiger Spannungsabbau stattfinden kann, oder dass der gleichmäßige Spannungsabbau zu unverhältnismäßig großen Teilspannungen innerhalb des Glaskörpers führt, da innerhalb der überlappenden Bereiche aufgrund des gleichen Potentials keine Spannungen abgebaut werden können. Durch die in Umfangsrichtung versetzte Anordnung der offenen oder überlappenden Segmente können diese Inhomogenitäten jedoch gleichmäßig über den Umfang der elektrischen Durchführung verteilt werden, so dass in Umfangsrichtung der elektrischen Durchführung gesehen nur geringe Inhomogenitäten entstehen.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Glasfolie mit dem Metall und einem weiteren Metall in zwei verschiedenen Abschnitten der eingangs genannten Art derart beschichtet, dass sich die Abschnitte aus Metall quer zur Längsrichtung verjüngen. Der Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass hohe Feldstärken an einer Grenzfläche zwischen der entstehenden Isolationsschicht aus Glas und einem Umgebungsmedium zu Spannungsüberschlägen führen können. Derartige Spannungsüberschläge können durch ausreichend große Kriechstrecken vermieden werden. Derartige Spannungsüberschläge an der zuvor genannten Grenzfläche können bei Spannungen zwischen dem geerdeten Gehäuse und der Hochspannungsleitung entstehen, die deutlich niedriger sind, als die Durchschlagsspannung des Glases. Um die zuvor genannten Spannungsüberschläge wirksam zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, die Kriechstrecke zu maximieren und damit den Weg entlang der Oberfläche der elektrischen Durchführung zwischen dem geerdeten Gehäuse und der Hochspannungsleitung zu verringern, oder gar zu minimieren. Die Verringerung dieses Weges kann dadurch erreicht werden, dass sich die einzelnen Metallbeläge auf dem radialen Weg von der Hochspannungsleitung zum geerdeten Gehäuse hin axial verkleinern. Überraschender Weise vereinfacht diese Weiterbildung auch die Herstellung der elektrischen Durchführung, da herkömmliche elektrische Durchführungen aus einem massiven, ungewickelten Isolationskörper äußerst komplexe Strukturen oder Geometrien aufweisen, um die oben genannte Kriechstrecke zu minimieren, was zu voluminösen und kostenintensiven Lösungen bei der Herstellung der elektrischen Durchführungen führt. Daher spart die Weiterbildung zudem auch Bauraum und Kosten bei der Herstellung der elektrischen Durchführung.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird die Glasfolie in Längsrichtung mit einem Rand auf dem Träger mit dem Metall beschichtet. Dieser Rand kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass der entsprechende Bereich auf der Glasfolie von einem Metall unbeschichtet bleibt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Auftragen eines Glasmaterials auf den Rand nach dem Beschichten der Glasfolie mit dem Metall. Das Auftragen erfolgt in besonders günstiger Weise, bevor die Glasfolie gewickelt und erhitzt wird. Auf diese Weise wird der Metallbelag vollständig im entstehenden Glaskörper eingebettet, so dass das Metall unabhängig von den der elektrischen Durchführung ausgesetzten Umgebungsbedingungen ausgewählt werden kann, da es diesen Umgebungsbedingungen nicht ausgesetzt wird.
In einer besonders bevorzugen Weiterbildung weist der Träger eine Oberfläche auf, an der die Glasfolie nach dem Schmelzen haften bleibt. Auf diese Weise kann der Träger nach der Herstellung der elektrischen Durchführungen gleichsam als Träger des Hochspannungskabels verwendet werden, so dass die elektrische Durchführung zur Integration in einem die elektrische Durchführung verwendenden Gerät nur noch mit dem Gehäuse des Gerätes verbunden werden muss.
Die Erfindung gibt auch eine medizinische Vorrichtung an, die ein Gehäuse, ein im Gehäuse aufgenommenes elektrisches Gerät, eine von einer Außenseite des Gehäuses zugeführte Hochspannungsleitung zum Versorgen des elektrischen Geräts mit einem elektrischen Hochspannungspotential und eine elektrische Durchführung zum elektrischen Isolieren der Hochspannungsleitung gegenüber dem Gehäuse umfasst, wobei die elektrische Durchführung mit einem angegebenen Verfahren hergestellt ist.
Weiterbildungen der Vorrichtung können Merkmale sein, die sich aus den Schritten gemäß den Unteransprüchen sinngemäß ergeben.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Durchführung gemäß der Erfindung in einem Gehäuse,
2 eine schematische Darstellung der elektrischen Durchführung aus 1,
3 ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Durchführung,
4 eine schematische Darstellung einer mit dem Verfahren aus 3 hergestellten elektrischen Durchführung,
5 eine schematische Darstellung einer mit dem Verfahren aus 3 hergestellten alternativen elektrischen Durchführung, und
6 eine schematische Darstellung einer beispielhaften elektrischen Durchführung mit Dimensionsangaben zeigen.
In der nachstehenden Beschreibung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer elektrischen Durchführung 2 in einem beispielhaften Gehäuse 4 zeigt. Die elektrische Durchführung 2 ist in 1 nur angedeutet. Auf ihre tatsächliche Form wird an späterer Stelle näher eingegangen.
In dem Gehäuse 2 ist ein nicht gezeigtes elektrisches Gerät, beispielsweise eine Dreh- oder Festanode eines Röntgengerätes eingehaust. Die Umgebungsbedingungen können an die technischen Voraussetzungen zum Betrieb des elektrischen Gerätes angepasst werden, so dass beispielsweise innerhalb des Gehäuses ein Vakuum ausgebildet sein kann.
Die Zufuhr der elektrischen Energie zu dem nicht gezeigten elektrischen Gerät erfolgt über eine Hochspannungssteckverbindung, d. h. mittels eines Hochspannungssteckers 6, der auf einen als Hochspannungsanschluss 8 ausgebildeten Bereich des Gehäuses 4 aufgesteckt ist.
Der Hochspannungsstecker 6 weist ein von einem Blechgehäuse 10 umgebenes Isolierstoffteil 12 auf, in das ein Kontaktteil 14 eingebettet ist. Das Kontaktteil 14 steht mit einer Zuführung 16 in elektrisch leitender Verbindung, da ein zapfenförmiger Ansatz der Zuführung 16 in ein Querloch des Kontaktteiles 14 eingesetzt ist. Am freien Ende der Zuführung ist ein Hochspannungskabel 18 mittels einer Quetsch(Crimp)-Verbindung angebracht.
Das rotationssymmetrisch ausgebildete Kontaktteil 14 weist als Eingriffs- bzw. Kontaktfläche die äußere Mantelfläche eines zylindrischen Ansatzes 20 auf, mit dem es in eine entsprechend geformte Vertiefung 22 an der Stirnfläche einer elektrischen Zuleitung 24 zum nicht gezeigten elektrischen
Verbraucher eingreift und mit der Wandung der Vertiefung 22 zusammenwirkt.
Um unter allen Umständen die elektrische Kontaktierung zu ermöglichen, ist zwischen dem zylindrischen Ansatz 20 des Kontaktteiles 14 und der Stirnfläche der Vertiefung 22 der Lagerungsachse 11 eine Kontaktfeder 26 angeordnet.
Der Hochspannungsstecker 6 kann über nicht weiter dargestellte Befestigungsmittel, wie eine Schraube, am Gehäuse 4 fixiert werden.
Es wird auf 2 Bezug genommen, die beispielhaft die die elektrische Durchführung 2 aus 1 zeigt.
Die elektrische Durchführung 2 weist acht Isolationsschichten 28 auf, die jeweils durch einen metallischen Belag 30 voneinander getrennt sind. Die elektrische Durchführung 2 umgibt außerhalb des Gehäuses 4 ein erstes Umgebungsmedium 32 und innerhalb des Gehäuses 4 ein zweites Umgebungsmedium 34. Das erste Umgebungsmedium 32 kann dabei ein Öl zur Kühlung des in dem Gehäuse 4 angeordneten nicht gezeigten elektrischen Verbrauchers sein, während das zweite Umgebungsmedium 34 wie bereits erwähnt ein Vakuum sein kann. Die elektrische Durchführung 2 kann mittels Vakuumringen 35 im Gehäuse 4 gehalten sein, um einen Austritt des Vakuums 34 aus dem Gehäuse 4 über die Verbindungsstelle zur elektrischen Durchführung 2 zu vermeiden.
Während das Gehäuse 4 durch seine Erdung auf einem Potential Φ₁ = 0 liegt, liegt ein durch die elektrische Zuleitung 24 geführter Anschlussdraht 36 auf einem Hochspannungspotential und verursacht somit einen hohen Spannungsabfall vom Anschlussdraht 36 zum Gehäuse 4. Die elektrische Durchführung 2 ist notwendig, um die elektrische Zuleitung 24 mit dem Anschlussdraht 36 durch das auf Masse 38 gelegte Gehäuse 4 zu führen, ohne dass an der Durchführstelle aufgrund dieses hohen Spannungsabfalls elektrische Entladungen oder gar elektrische Durchschläge auftreten. Dazu muss die elektrische Festigkeit der gesamten elektrischen Durchführung 2 größer sein, als die durch den hohen Spannungsabfall zwischen dem Gehäuse 4 und der elektrischen Zuleitung 24 auftretende innere elektrische Feldstärke 40. Neben der inneren elektrischen Feldstärke 40 treten jedoch auch hohe seitliche elektrische Feldstärken 42 an der Grenzfläche zwischen der Oberfläche der Isolierschichten 28 und dem Umgebungsmedium 32, 34 auf, die ebenfalls zu elektrischen Entladungen oder gar zu elektrischen Durchschlägen führen können. Um diese elektrischen Entladungen zu vermeiden, muss zwischen dem Gehäuse 4 und der elektrischen Zuleitung 24 eine ausreichend große Kriechstrecke, das heißt ein minimaler Weg entlang der Oberfläche der Isolationsschichten 28 zwischen dem Gehäuse 4 und der elektrischen Zuleitung 24 vorhanden sein. Elektrische Entladungen aufgrund der seitlichen elektrischen Feldstärke 42 können bereits auftreten, wenn die innere elektrische Feldstärke 40 noch deutlich unterhalb der elektrischen Festigkeit der elektrischen Durchführung 2 liegt.
Durch die Trennung der Isolationsschichten 28 mit den metallischen Belägen 30 ergibt sich bei einem symmetrischen Aufbau der Isolationsschichten ein gleichmäßiger Spannungsabbau 44 von der elektrischen Zuleitung 24 zum Gehäuse 12 hin, von denen in 2 der Übersichtlichkeit halber nur einer mit einem Referenzzeichen versehen ist. Das heißt, dass die einzelnen metallischen Beläge 30 wie Kapazitäten in der elektrischen Durchführung 2 wirken, die in der elektrischen Durchführung 2 in Reihe geschaltet sind. Bei transienten Strömen lassen diese Kapazitäten eine Oberflächenstromentwicklung an definierten Stellen in der elektrischen Durchführung 2 zu und ermöglichen so den gleichmäßigen Spannungsabbau 44 innerhalb der elektrischen Durchführung 2. Wird an den Anschlussdraht 36 der elektrischen Zuführung 24 ein transientes Hochspannungspotential, beispielsweise beim Einschalten einer den nicht gezeigten elektrischen Verbraucher versorgenden Gleichspannung angelegt, so wirkt in der elektrischen Durchführung 2 daher die kapazitive Steuerung durch die metallischen Beläge 30, während in einem stationären Langzeitbetrieb, bei dem sich das Hochspannungspotential auf dem Anschlussdraht 36 der elektrischen Zuführung 24 nicht ändert, die resistive Feldsteuerung durch die Isolationsmaterialen zum Tragen kommt.
Die metallischen Beläge 30 weisen untereinander einen definierten Längenunterschied 46 auf, von denen in 2 der Übersichtlichkeit halber nur einer mit einem Referenzzeichen versehen ist. Dieser definierte Längenunterschied vergrößert die Kriechstrecke und hilft die elektrische Festigkeit der elektrischen Durchführung 2 gegenüber der seitlichen elektrischen Feldstärke 42 zu erhöhen.
Die verwendeten Isoliermaterialen der Isolationsschichten 28 dürfen in der vorliegenden Ausführung nicht ausgasen, damit sie die Qualität des zweiten Umgebungsmediums 58, also des Vakuums nicht verringern. Zudem ist zu gewährleisten, dass die Isolationsschichten 28 bei der Montage der elektrischen Durchführung 2 an das Gehäuse 4 in ihrer Funktion nicht beeinträchtigt werden, was heißt, dass die Isolationsschichten 28 Schweiß- und Ausheizprozessen mit Temperaturen von bis zu 600°C standhalten sollten. Aus diesem Grund ist als Material für die Isolationsschichten 28 der elektrischen Durchführung 2 der 2 Glas besonders günstig.
Es wird auf 5 Bezug genommen, die ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Durchführung 18 der 2 zeigt.
Bei diesem Verfahren wird prinzipiell eine isolierende Glasfolie 48 lokal mit dem metallischen Belag 30 versehen. Die so metallisierte Glasfolie 48 kann dann bei Temperaturen oberhalb der Glas-Transformationstemperatur plastisch verformt werden. Für den metallischen Belag 30 kann eine Metallfolie oder auch eine direkt aufgebrachte Metallschicht verwendet werden.
Als Material für die Glasfolie 48 kommen Gläser mit einer hohen Durchschlagfestigkeit zur Anwendung. Dies sind zum Beispiel alkalifreie Aluminoborosilikat-Gläser, die beispielsweise von der Firma Schott unter dem Handelsnamen AF 45 oder AF 32 vertrieben werden. Die Glasfolie 48 zeigt dann aufgrund des Volumeneffekts bei einer angelegten Wechselspannung eine Durchschlagfestigkeit von bis zu 30kV/mm. Wird an die Glasfolie 48 eine Gleichspannungen angelegt, so kann die zwei- bis dreifache Durchschlagfestigkeit erreicht werden.
Wie in 3 gezeigt, werden die metallischen Beläge 30 direkt auf die Glasfolie 48 aufgebracht. An den gezeigten metallischen Belägen 30 ist die Längenänderung 46 der Schichten der elektrischen Durchführung 2 gut erkennbar. Dabei sind die metallischen Beläge 30 dünne Schichten mit Schichtdicken zwischen 100nm und 1µm. Werden die Metallisierungen 30 direkt auf die Glasfolie 48 aufgebracht, bieten sich für eine gute Haftung des Metalls an der Glasfolie 48 Verfahren wie Siebdrucken, Galvanisieren, Sputtern, Aufdampfen oder das Auftragen eines Sol-Gels an. Eine direkt auf die Glasfolie 48 aufgebrachte Metallfolie kann mit einem Bindemittel wie Wasser fixiert werden.
Bevor oder nachdem die Glasfolie 48 mit den metallischen Belägen 30 versehen ist, wird sie auf eine Temperatur oberhalb ihrer Verformungstemperatur erwärmt und um die elektrische Zuleitung 24 mit dem Anschlussdraht 36, der in der vorliegenden Ausführung fünffach ausgebildet ist, in der in 3 gezeigten Richtung 50 gerollt. Prinzipiell kann die Glasfolie 48 zunächst um jeden beliebigen Träger gerollt und zur elektrischen Durchführung 2 hergestellt werden, jedoch kann durch das Aufrollen der Glasfolie 48 und das Anglasen dieser direkt auf der elektrischen Zuleitung 24 der vakuumdichte Ring 35 zwischen der elektrischen Zuleitung 24 und der elektrischen Durchführung 2 weggelassen werden. Wird die elektrische Zuleitung 24 aus einem metallisierten Glaszylinder hergestellt, so kann die gesamte Konstruktion aus der elektrischen Zuleitung 24 und der elektrischen Durchführung 2 aus einem einzigen Glaskörper hergestellt werden.
Durch das Aufrollen der Glasfolie 48 auf die elektrische Zuleitung 24 ist es technisch ungünstig, die metallischen Beläge 30, wie in 3 gezeigt, geschlossen auszuführen. Technisch am günstigsten sind entweder eine offene Struktur gemäß 4 oder eine überlappende Struktur gemäß 5 umzusetzen, auf die an späterer Stelle näher eingegangen wird.
Die Ränder der metallischen Beläge 30 werden beim Aufrollen vollständig in Glasfolie 48 eingebettet. Dazu wird neben den metallischen Belägen 30 ein zusätzlicher Folienrand aus Glas berücksichtigt, der später mit zusammengeschmolzen wird.
Abschließend wird die Glasfolie 48 zusammengeschmolzen, so dass die metallischen Beläge 30 schlussendlich in einem die Isolationsschichten 28 realisierenden Glaskörper liegen, der die metallischen Beläge 30 hochspannungsfest und vakuumdicht umschließt.
Der Rand des Glaskörpers weist so einen unmetallisierten Rand auf der nach dem Wickeln und Schmelzen noch einmal separat, beispielsweise durch Schmelzen thermisch verformt werden kann, um die abgeschrägten axialen Ränder der elektrischen Durchführung 2 zu realisieren. Alternativ kann der Glaskörper in der elektrischen Durchführung aber auch rechteckig ausgeführt werden, also mit immer mehr sich axial an die metallischen Beläge 30 anschließender Isolierung. Dies nimmt zwar mehr Bauraum ein, verringert jedoch die elektrischen Feldstärken an der Grenzschicht weiter.
Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer mit dem Verfahren aus 3 hergestellten elektrischen Durchführung 2 zeigt, bei der die metallischen Beläge 30 als offene Strukturen ausgebildet sind.
Bei der offenen Struktur werden die metallischen Beläge 30 mit einem offenen Spalt 52 aufeinander aufgewickelt. Die offenen Spalte 52 sollten eine möglichst geringe Breite aufweisen und versetzt zueinander angeordnet sein.
Die versetzte Anordnung der offenen Spalte 52 in der offenen Struktur bietet den Vorteil, dass nur geringe Inhomogenitäten in der elektrischen Durchführung 2 entstehen.
Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer mit dem Verfahren aus 3 hergestellten elektrischen Durchführung 2 zeigt, bei der die metallischen Beläge 30 als überlappende Strukturen ausgebildet sind.
Bei der überlappenden Struktur werden die metallischen Beläge 30 mit einem überlappenden Bereich 54 aufeinander aufgewickelt, das heißt, dass die Länge jeder Metallisierung in Aufrollrichtung 50 länger ist, als der entsprechende Umfang der elektrischen Durchführung 2 in diesem Herstellungsstadium. Hier könnte jedoch ein zusätzlicher Isolationsbedarf durch die Kanten der entsprechenden metallischen Beläge 30 gegeben sein.
Geschlossene metallische Beläge 30 in der elektrischen Durchführung 2 können hergestellt werden, in dem eine geschlossene Metallschicht auf die Oberfläche einer einzelnen aufgewickelten Glasfolie 48 aufgebracht wird. Anschließend wir die eine nächste Glasfolie 48 auf diese geschlossene Metallschicht gewickelt, so dass die gesamte elektrische Durchführung 2 mit geschlossenen metallischen Belägen 30 hergestellt werden könnte.
Es wird auf 6 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer beispielhaften elektrischen Durchführung 2 mit Dimensionsangaben zeigt.
In dem dimensionierten Beispiel wurde als Isoliermaterial für die Isolationsschichten 28 eine Glasfolie 48 gewählt, die mittels eines der zuvor beschriebenen Warmwickelprozesse zur elektrischen Durchführung 2 aufgewickelt wurde. Die elektrische Durchführung 2 wurde direkt auf die elektrische Zuführung 24 aufgewickelt, so dass ein gesonderter vakuumdichter Ring 35 zwischen der elektrischen Zuführung 24 und der elektrischen Durchführung obsolet ist.
Der Radius 56 der elektrischen Zuführung 24 beträgt dabei 16,5mm. Die metallischen Beläge 30 sind mit einer offenen Struktur in der elektrischen Durchführung 2 gewickelt, wobei die offenen Spalte 52 jeweils eine Breite von 200µm aufweisen und versetzt zueinander angeordnet sind.
Die elektrische Durchführung 2 weist in der Summe 18 Isolationsschichten 28 auf, wobei in 6 der Übersichtlichkeit halber nur 7 Isolationsschichten 28 dargestellt sind. Die gesamte radiale Höhe 58 der elektrischen Durchführung 2 beträgt 7mm. Auf diese Weise ergibt sich für die gesamte elektrische Durchführung 2 ein Durchmesser 60 von 47mm.
Die radial unterste Isolationsschicht 28 weist eine Länge 62 von 65 mm auf. Über die einzelnen Isolationsschichten 28 nimmt diese Länge 64 bis zur radial obersten Isolationsschicht 28 auf 11mm ab. Vakuumseitig 34 nimmt die Länge der Isolationsschichten mit einer Längenänderung 66 von 2mm ab, während auf ölseitig 68 die Länge der Isolationsschichten mit einer Längenänderung 68 von 1mm abnimmt.
Die relative Permittivität der einzelnen Isolationsschicht 28 beträgt 6. Aufgrund des Volumeneffekts ist die elektrische Festigkeit der einzelnen Isolationsschichten 28 sehr hoch, so dass an die einzelnen Isolationsschichten elektrische Feldstärken mit bis zu 30 kV / mm angelegt werden können. Durch die Verwendung vieler dünner Glasfolien wird damit eine hohe elektrische Festigkeit der gesamten elektrischen Durchführung 2 erreicht.
Zur Vermeidung von ungewollten Entladungen an der Oberfläche der elektrischen Durchführung 2 sollte die maximale Axialfeldstärke berücksichtigt werden, die anhand der Einsetzspannungen in den jeweiligen Umgebungsmedien berechnet werden kann. Für Vakuum kann auf einen Erfahrungswert der zulässigen
Axialfeldstärke von 3 kV / mm zurückgegriffen werden. Für Öl auf einen Erfahrungswert der zulässigen Axialfeldstärke von 6 kV / mm zurückgegriffen werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die elektrische Zuführung 24 somit ein elektrisches Potential von 108kV führen, so dass über jeder der 18 Isolationsschichten 28 eine Spannungsdifferenz von 6kV abfällt, die aufgrund der Längenänderung 66 von 2mm auf der Vakuumseite 34 als auch aufgrund der Längenänderung 68 von 1mm auf der Ölseite 32 nicht zu einer ungewollten Entladung zwischen den einzelnen metallischen Belägen 30 der Isolationsschichten 28 führt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch diese Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: elektrische Durchführung
4: Gehäuse
6: Hochspannungsstecker
8: Hochspannungsanschluss
10: Blechgehäuse
12: Isolierstoffteil
14: Kontaktteil
16: Zuführung
18: Hochspannungskabel
20: zylindrischer Ansatz
22: Vertiefung
24: elektrische Zuleitung
26: Kontaktfeder
28: Isolationsschicht
30: metallischer Belag
32: Umgebungsmedium
34: Umgebungsmedium
35: vakuumdichter Ring
36: Anschlussdraht
38: Masseanschluss
40: elektrische Feldstärke
42: elektrische Feldstärke
44: Spannung
46: Länge
48: Glasfolie
50: Richtung
52: Spalt
54: überlappender Bereich
56: Radius
58: Höhe
60: Länge
62: Durchmesser
64: Länge
66: Längenänderung
68: Längenänderung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3149677 A [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung (2), umfassend: – Beschichten einer Glasfolie (48) mit einem Metall (30); – Erwärmen der Glasfolie (48) auf eine Temperatur oberhalb ihrer Verformungstemperatur; – Wickeln der beschichteten und erwärmten Glasfolie um einen Träger (24), und – Schmelzen der Glasfolie (48).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei – die Glasfolie (48) eine bestimmte Länge aufweist, – der Schritt Beschichten der Glasfolie (48) mit dem Metall (30) in einem Längenabschnitt der Glasfolie (48) erfolgt, und – der Schritt Wickeln der beschichteten und erwärmten Glasfolie (48) ihrer Länge nach um den Träger (24) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Abschnitt aus dem Metall (30) in Längsrichtung der Glasfolie (48) eine Länge aufweist, die kleiner als ein Umfang des Trägers (24) ist, so dass der Abschnitt aus dem Metall (30) um den Träger (24) mit einem offenen Segment (52) gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Abschnitt aus dem Metall (30) in Längsrichtung der Glasfolie (48) eine Länge aufweist, die größer als ein Umfang des Trägers (24) ist, so dass der Abschnitt aus dem Metall (30) um den Träger (24) mit einem überlappenden Segment (54) gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, Beschichten der Glasfolie (48) mit einem weiteren Metall (30) in einem weiteren Längsabschnitt der Glasfolie (48) über eine Länge der Glasfolie (48), die kleiner oder größer ist, als der Umfang des Trägers (24) derart, dass das offene beziehungsweise überlappende Segment (52, 54) des Abschnitts aus dem Metall (30) und dass das offene oder überlappende Segment (52, 54) des weiteren Abschnitts aus dem weiteren Metall (30) in Umfangsrichtung des Trägers (24) versetzt zueinander angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei sich die Abschnitte aus Metall (30) quer zur Längsrichtung verjüngen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Glasfolie (48) in Längsrichtung mit einem Rand auf dem Träger (24) mit dem Metall (30) beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend Auftragen eines Glasmaterials auf den Rand nach dem Beschichten der Glasfolie (48) mit dem Metall (30).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Träger (24) eine Oberfläche aufweist, an der die Glasfolie (48) nach dem Schmelzen haften bleibt. Medizinische Vorrichtung umfassend – ein Gehäuse (4), – ein im Gehäuse (4) aufgenommenes elektrisches Gerät, – eine von einer Außenseite (32) des Gehäuses (4) zugeführte Hochspannungsleitung (24) zum Versorgen des elektrischen Geräts mit einem elektrischen Hochspannungspotential und – eine elektrische Durchführung (2) zum elektrischen Isolieren der Hochspannungsleitung (24) gegenüber dem Gehäuse (2), wobei die elektrische Durchführung (2) mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist.