DE102021126633A1

DE102021126633A1 - Durchführung mit einem Anschlussterminal sowie Gehäuse und Relais mit einer solchen Durchführung

Info

Publication number: DE102021126633A1
Application number: DE102021126633.5A
Authority: DE
Inventors: Helmut Hartl
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2021-10-14
Filing date: 2021-10-14
Publication date: 2023-04-20
Also published as: WO2023061862A1

Abstract

Durchführung (10) mit einem Anschlussterminal (22), insbesondere für ein Hochleistungsrelais (200), umfassend ein Gehäuseteil (12) mit einer Durchgangsöffnung (14) und eine Anschlussterminalanordnung (20), welche durch die Durchgangsöffnung (14) hindurchgeführt ist und mit einem Fixiermaterial (16) gegen die Durchgangsöffnung (14) abgedichtet ist, wobei die Anschlussterminalanordnung (20) ein Anschlussterminal (22) aus einem ersten Material und eine Rohrführung (26) aus einem zweiten Material umfasst, wobei die Rohrführung (26) zumindest einen Teil des Anschlussterminals (22) umgibt und das Fixiermaterial (16) zur Abdichtung der Anschlussterminalanordnung (20) zwischen einer Außenwand eines Hülsenabschnitts (27) der Rohrführung (26) und einer Innenwand der Durchgangsöffnung (14) angeordnet ist, wobei zwischen einer Innenwand des Hülsenabschnitts (27) und dem Anschlussterminal (22) ein erster Spalt (32) vorhanden ist, und wobei die Anschlussterminalanordnung (20) ferner ein flexibles Element (28) umfasst, über das die Rohrführung (26) mit dem Anschlussterminal (22) verbunden ist, wobei das flexible Element (28) einen Pinabschnitt des Anschlussterminals (22) umgibt, und wobei ein zweiter Spalt (34) zwischen dem Pinabschnitt des Anschlussterminals (22) und dem flexiblen Element (28) vorhanden ist. Ferner ist vorgesehen, dass das flexible Element (28) einstückig mit der Rohrführung (26) als ein Abschnitt der Rohrführung (26) mit verringerter Dicke ausgebildet ist, oder das flexible Element (28) aus einem dritten Material gefertigt ist, oder das flexible Element (28) einstückig mit dem Anschlussterminal (22) ausgebildet ist.Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Gehäuse sowie ein Relais, welche jeweils zumindest eine solche Durchführung umfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchführung mit einem Anschlussterminal, insbesondere für ein Hochleistungsrelais, umfassend ein Gehäuseteil mit einer Durchgangsöffnung und eine Anschlussterminalanordnung, welche durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt ist und mit einem Fixiermaterial gegen die Durchgangsöffnung abgedichtet ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Gehäuse sowie ein Relais, welche jeweils zumindest eine solche Durchführung umfassen.
Im Stand der Technik sind Relais bekannt, mit denen sich elektrische Ströme ein- und ausschalten lassen. Ein Beispiel hierfür sind Hochleistungsrelais, welche in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, um eine Traktionsbatterie, welche die elektrische Energie für das Fahrzeug bereitstellt, sicher von einem Stromnetz des Fahrzeugs zu trennen. Ein derartiges Relais umfasst ein Gehäuse, elektrische Durchführungen für den zu schaltenden Stromkreis und eine Kontaktierungsvorrichtung, welche zwei Terminals zum Schalten des Stroms verbindet oder trennt. Die Kontaktierungsvorrichtung kann mit einem Aktor, beispielsweise in Form eines Elektromagneten, betätigt werden. Das Innere des Gehäuses ist üblicherweise abgedichtet, um zum einen das Eindringen von Feuchtigkeit zu unterbinden und zum anderen, um ein ggf. im Gehäuse vorhandenes Löschgas zum Löschen eines Lichtbogens im Gehäuse zu halten.
Aus EP3358593 B1 ist ein hermetischer Anschluss bekannt, welcher insbesondere für ein Hochleistungsrelais geeignet ist. Der hermetische Anschluss umfasst einen Metallbehälter mit einem Durchgangsloch, eine Rohrführung, die durch das Durchgangsloch geführt ist, ein Isolierglas, das die Rohrführung und den Metallbehälter hermetisch abdichtet, sowie eine Anschlussbasis, die durch die Rohrführung verläuft und an dieser hermetisch befestigt ist. Die Anschlussbasis ist aus einem Metall mit niedrigem Widerstand gefertigt und in dem Anschluss so angeordnet, dass ein Spalt zwischen einer Innenumfangsfläche eines Abschnitts der Rohrführung, der in Kontakt mit dem Isolierglas steht, und einer Außenumfangsfläche eines entsprechenden Abschnitts der Anschlussbasis vorhanden ist. Bei Wärmeausdehnung der Anschlussbasis verformt sich die Rohrführung, so dass eine Beschädigung des Isolierglases vermieden wird.
Bei den bekannten Durchführungen wird die zum Ausgleichen von Wärmeausdehnung des Anschlussterminals benötigte Flexibilität durch die Rohrführung bereitgestellt, die hierzu eine Mindestlänge bzw. Mindesthöhe aufweisen muss. Daher weisen die bekannten Durchführungen eine vergleichsweise hohe Bauhöhe auf. Um Gehäuse mit derartigen Durchführungen insgesamt kompakter ausführen zu können ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Durchführung mit einem Anschlussterminal bereitzustellen, welche eine geringe Bauhöhe aufweist.
Die bekannten Rohrführungen müssen elastisch sein, um Längenänderungen durch Wärmeausdehnung eines Anschlussterminals aufnehmen zu können. Ist für eine hermetische Abdichtung eine Druckeinglasung gewünscht, kann der dazu notwendige Gegendruck durch die bekannten Rohrführungen aber nicht aufgebracht werden. Entsprechend kann eine Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden eine Durchführung bereitzustellen, welche für eine Druckeinglasung geeignet ist.
Bei der Verwendung von Schraubverbindungen zwischen einem Anschlussterminal und einer Zuleitung können beim Anziehen der Verbindungsschrauben hohe Drehmomente auftreten, welche von den bekannten hermetisch abgedichteten Anschlussterminals nicht optimal aufgenommen werden können. Entsprechend kann eine weitere Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden eine Durchführung mit einem Anschlussterminal bereitzustellen, bei der die Aufnahme und Weitergabe von am Anschlussterminal eingebrachten Drehmomenten verbessert ist.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Durchführung mit einem Anschlussterminal vorgeschlagen, welche insbesondere für ein Hochleistungsrelais geeignet ist. Die Durchführung umfasst ein Gehäuseteil mit einer Durchgangsöffnung und eine Anschlussterminalanordnung, welche durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt ist und mit einem Fixiermaterial gegen die Durchgangsöffnung abgedichtet ist. Die Anschlussterminalanordnung umfasst ein Anschlussterminal aus einem ersten Material und eine Rohrführung aus einem zweiten Material, wobei die Rohrführung zumindest einen Teil des Anschlussterminals umgibt und das Fixiermaterial zur Abdichtung der Anschlussterminalanordnung zwischen einer Außenwand eines Hülsenabschnitts der Rohrführung und einer Innenwand der Durchgangsöffnung angeordnet ist, wobei zwischen einer Innenwand des Hülsenabschnitts und dem Anschlussterminal ein erster Spalt vorhanden ist. Das Fixiermaterial fixiert dabei die Anschlussterminalanordnung mechanisch in der Durchgangsöffnung und isoliert diese elektrisch von dem Gehäuseteil. Ferner ist vorgesehen, dass die Anschlussterminalanordnung ein flexibles Element umfasst, über das die Rohrführung mit dem Anschlussterminal verbunden ist, wobei das flexible Element einen Pinabschnitt des Anschlussterminals umgibt, und wobei ein zweiter Spalt zwischen dem Pinabschnitt des Anschlussterminals und dem flexiblen Element vorhanden ist. Das flexible Element ist in einer ersten Variante i) einstückig mit der Rohrführung als ein Abschnitt der Rohrführung mit verringerter Dicke ausgebildet. In einer zweiten Variante ii) ist das flexible Element aus einem dritten Material gefertigt. In einer dritten Variante iii) ist das flexible Element einstückig mit dem Anschlussterminal ausgebildet.
Das Anschlussterminal weist einen Pinabschnitt auf, der in der Durchführung insbesondere als ein Stromleiter dient. Der Pinabschnitt ist bevorzugt im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet, insbesondere in Form eines Kreiszylinders, wobei aber auch andere Formen denkbar sind. So wären beispielsweise auch Zylinderformen mit ovalem, rechteckigem oder quadratischem Querschnitt denkbar. Des Weiteren wäre es denkbar, dass der Pinabschnitt ganz oder teilweise konisch geformt ist. Die Rohrführung mit dem Hülsenabschnitt sowie das flexible Element umgeben den Pinabschnitt zumindest teilweise. Bevorzugt ist deren Querschnittsform entsprechend zur Querschnittsform des Pinabschnitts gewählt.
Bei der ersten Variante der Erfindung wird die Elastizität des als flexiblen Element dienenden Teils der Rohrführung durch eine Reduzierung der Dicke erhöht. Diese Reduzierung der Dicke erfolgt dabei insbesondere in Bezug auf den Hülsenabschnitt, so dass eine Dicke, insbesondere eine Wandstärke, der Rohrführung im Bereich des flexiblen Elements kleiner ist als die Dicke im Bereich des Hülsenabschnitts.
In der zweiten Variante der Erfindung wird die Elastizität des flexiblen Elements gesteigert, indem dieses aus einem anderen Material gefertigt wird. Das dritte Material wird dabei bevorzugt so gewählt, dass dessen Elastizitätsmodul geringer ist als das des zweiten Materials der Rohrführung. Hierdurch wird auch dann, wenn das flexible Element die gleiche Wandstärke wie die Rohrführung im Hülsenbereich aufweist, die Elastizität gesteigert. Zusätzlich kann aber selbstverständlich auch eine Dicke bzw. Wandstärke des flexiblen Elements kleiner gewählt werden, als die Dicke der Rohrführung im Hülsenbereich, um die Elastizität noch weiter zu steigern.
In der dritten Variante wird das flexible Element einstückig mit dem Anschlussterminal ausgeführt und somit aus demselben Material wie das Anschlussterminal gefertigt. Das erste Material des Anschlussterminals weist üblicherweise ein geringeres Elastizitätsmodul auf als das zweite Material der Rohrführung. Auch kann eine Dicke bzw. eine Wandstärke des flexiblen Elements unabhängig von der Dicke des Hülsenabschnitts der Rohrführung gewählt werden, so dass ein flexibles Element mit guten elastischen Eigenschaften erhalten wird. Insbesondere kann hierbei die Dicke bzw. eine Wandstärke des flexiblen Elements kleiner gewählt werden als eine Dicke der Rohrführung im Hülsenabschnitt.
Alle drei Varianten erlauben es, gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Durchführungen die Flexibilität des flexiblen Elements unabhängig von den Eigenschaften des Hülsenbereichs der Rohrführung einzustellen und ermöglichen es, die Länge des flexiblen Elements zu reduzieren, wodurch sich die Bauhöhe der Durchführung reduziert. Als Bauhöhe wird hierbei insbesondere die Länge verstanden, um die die Anschlussterminalanordnung über das Gehäuseteil übersteht.
Ein Verbinden des flexiblen Elements mit dem Anschlussterminal oder der Rohrführung erfolgt bevorzugt mittels Schweißen oder Löten.
Diese Verbindung ist bevorzugt hermetisch dicht ausgeführt. Ebenso ist die Abdichtung zwischen der Rohrführung und der Innenwand der Durchgangsöffnung mit dem Fixiermaterial bevorzugt hermetisch dicht ausgeführt.
Unter hermetisch dicht wird insbesondere verstanden, dass bei einem Druckunterschied von 1 bar die Helium-Leckrate kleiner 1·10^-8 mbar l/s^-1, bevorzugt kleiner 1·10^-9 mbar l/s^-1 ist.
Bevorzugt weist das Anschlussterminal zumindest einen Kragen auf. Der Kragen ist dabei insbesondere als ein Bereich des Anschlussterminals ausgebildet, innerhalb dem ein Außendurchmesser des Anschlussterminals gegenüber einem Außendurchmesser im Pinabschnitt vergrößert ist. Ein solcher Kragen kann einen konstanten Durchmesser aufweisen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass sich im Bereich des Kragens der Durchmesser in einer oder mehreren Stufen abrupt oder kontinuierlich ändert.
Der mindestens eine Kragen ist bevorzugt so an dem Anschlussterminal angeordnet und dermaßen dimensioniert, dass der Kragen außerhalb der Durchgangsöffnung angeordnet ist.
Bevorzugt ist das flexible Element gemäß Variante i) oder ii) an einer zur Durchgangsöffnung weisenden Seite des Kragens mit diesem verbunden. Im Fall einer einstückigen Ausführung des flexiblen Elements mit dem Anschlussterminal gemäß Variante iii) ist es bevorzugt, wenn der das flexible Element bildende Abschnitt des Anschlussterminals an der zur Durchgangsöffnung weisenden Seite des Kragens beginnt.
Der Außendurchmesser des Kragens und der Außendurchmesser des flexiblen Elements können identisch gewählt sein, so dass das flexible Element bündig an den Kragen anschließt. Alternativ dazu kann der Außendurchmesser des flexiblen Elements kleiner gewählt sein.
Alternativ zu einer Anordnung des flexiblen Elements an einer zur Durchgangsöffnung weisenden Fläche des Kragens ist bevorzugt vorgesehen, dass das flexible Element gemäß Variante i) oder ii) an einer seitlichen Fläche des Kragens mit diesem verbunden ist.
Das Anschlussterminal kann an einer oder beiden Stirnseiten Verbindungsmittel umfassen, um den Anschluss einer elektrischen Zuleitung zu erleichtern. Diese Verbindungsmittel sind beispielsweise als eine Gewindebohrung ausgestaltet, die eine Schraubverbindung mit einem elektrischen Anschluss erlaubt. Bevorzugt ist zumindest an einer nach außen weisenden Seite der Durchführung eine solche Gewindebohrung angeordnet.
Alternativ dazu können die Verbindungsmittel aber beispielsweise auch in Form einer ebenen Fläche ausgestaltet sein, welche für eine Löt- oder Schweißverbindung geeignet ist. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, die Oberfläche zu Beschichten und/oder Aufzurauen, damit derartige Verbindungen besser haften.
Die Rohrführung bzw. das flexible Element, sofern dieses einstückig mit der Rohrführung ausgebildet ist, kann zur Vereinfachung der Verbindung mit dem Anschlussterminal, insbesondere mit dem Kragen des Anschlussterminal, einen Flansch umfassen. Dazu kann vorgesehen sein, eine Wandung der Rohrführung zu einem Flansch zu falten oder eine Endfläche der Rohrführung durch Anpassen von Außen- und/oder Innendurchmesser zu vergrößern.
Durch das Vorsehen eines solchen Flanschs kann auch ein Durchmesser einer Verbindungsstelle vergrößert werden, wodurch auf das Anschlussterminal einwirkende Drehmomente besser ohne Schaden an der Verbindungsstelle übertragen werden können.
Ist das flexible Element nicht einstückig mit der Rohrführung ausgebildet ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rohrführung an einer zum flexiblen Element weisenden Seite außerhalb der Durchgangsöffnung eine kontinuierliche oder sprunghafte Vergrößerung des Durchmessers aufweist und die Rohrführung mit dem flexiblen Element in diesem Bereich mit vergrößerten Durchmesser verbunden ist. Auch hierbei kann der sich dabei ergebende vergrößerte Durchmesser eine Übertragung von auf das Anschlussterminal einwirkende Drehmomente verbessern, so dass insbesondere bei der Verbindung eines Anschlusskabels mit dem Anschlussterminal durch Verschrauben keine Schädigung der Durchführung erfolgt.
Bevorzugt ist das flexible Element derart angeordnet und ausgestaltet, dass der zweite Spalt zwischen dem flexiblen Element und dem Pinabschnitt größer ist als oder genauso groß ist wie der erste Spalt zwischen dem Hülsenabschnitt und dem Pinabschnitt. Wird beispielsweise das flexible Element durch Verlängerung der Rohrführung mit verringerter Wandstärke gebildet, so wird bevorzugt zur Reduzierung der Dicke der Innendurchmesser vergrößert und der Außendurchmesser beibehalten.
Insbesondere dann, wenn die Durchführung für eine elektrische Verbindung mit hohen Spannungen von insbesondere mehr als 100 V und besonders bevorzugt mehr als 1000 V vorgesehen ist, wird eine durch das Fixiermaterial bereitgestellte Isolationsstrecke bevorzugt durch das Anordnen von weiterem Isolationsmaterial verlängert. Dadurch kann insbesondere das Auftreten von Kriechströmen und/oder Stromüberschlägen reduziert werden, welche die allein durch das Fixiermaterial bereitgestellte Isolationsstrecke andernfalls bei Vorliegen von Verunreinigungen und/oder Feuchtigkeit überwinden könnten.
Bevorzugt wird hierzu das Fixiermaterial und ein angrenzender Abschnitt des Gehäuseteils an einer Oberseite und/oder an einer Unterseite der Durchführung mit einem Isolationsmaterial überdeckt.
Das Isolationsmaterial kann als eine Isolationsscheibe aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Isolationsmaterial in Form einer Beschichtung, insbesondere mit einer Vergussmasse, aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein.
Bei Ausführung als Isolationsscheibe kann das Isolationsmaterial insbesondere ausgewählt sein aus einem Glas, einer Glaskeramik, einer Keramik oder einem Kunststoff, wobei Kunststoffe bevorzugt sind. Das Isolationsmaterial könnte auch identisch mit dem Fixiermaterial gewählt werden.
Bevorzugt ist die Durchführung als eine Druckeinglasung ausgebildet, bei der ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials. Das Fixiermaterial, welches hier bevorzugt ein Glas ist, wird dann beispielsweise als ein Pressling aus Glaspulver bereitgestellt und zusammen mit der Anschlussterminalanordnung oder zumindest zusammen mit der Rohrführung in die Durchgangsöffnung des Gehäuseteils eingesetzt. Durch Erhitzen dieser Anordnung wird aus dem Pressling das Fixiermaterial erhalten, welches an die Wandungen der Durchgangsöffnung und der Rohrführung anglast. Beim Abkühlen zieht sich dann das Gehäuseteil aufgrund der Wahl der Ausdehnungskoeffizienten stärker zusammen als das Fixiermaterial, so dass bei der fertigen Durchführung fortlaufend Druck durch das Gehäuseteil auf das Fixiermaterial ausgeübt. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass die Abdichtung eine hohe Qualität aufweist und auch unter schwierigen Bedingungen wie häufigen Temperaturwechseln und hohen mechanischen Anforderungen dauerhaft dicht bleibt und insbesondere hermetisch dicht bleibt. Die Rohrführung ist hierbei so ausgestaltet und ausgeführt, dass das Fixiermaterial in dieser Druckeinglasung von innen unterstützt wird. Dazu weist der Hülsenabschnitt eine Dicke auf, welche in Kombination mit der Materialwahl der Rohrführung so gewählt ist, dass der Hülsenabschnitt einen ausreichenden Gegendruck aufbringen kann.
Für eine Ausführung als Druckeinglasung werden bevorzugt das Material des Gehäuseteils und das Fixiermaterial derart gewählt, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils α_Gehäuse mindestens 20% größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials α_Glas. Beispielsweise wird a_Ge-hause im Bereich von 12 · 10^-6 1 /K bis 19 · 10^-6 1/K gewählt und α_Glas im Bereich von 9 · 10^-6 1/K bis 11 · 10^-6 1/K gewählt.
Alternativ zu einer Druckeinglasung können die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gehäuseteil, Fixiermaterial und Rohrdurchführung auch aneinander angepasst gewählt werden, so dass sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials von denen des Gehäuseteils und/oder der Rohrführung um weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% und besonders bevorzugt um weniger als 5% unterscheiden.
Bevorzugt weist das erste Material, welches für das Anschlussterminal eingesetzt wird, einen geringeren elektrischen Widerstand auf als des zweite Material, welches für die Rohrführung eingesetzt wird. Da das Anschlussterminal bei der Durchführung als elektrischer Leiter dient, ist ein Material mit möglichst geringem elektrischen Widerstand bevorzugt. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass sich die Durchführung auch bei großen Strömen nicht übermäßig erwärmt.
Insbesondere bei Varianten der Durchführung, bei denen das flexible Element einstückig mit dem Anschlussterminal ausgeführt ist, ist es bevorzugt, dass das erste Material ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als das zweite Material. Hierdurch kann auch bei größeren Materialstärken eine elastische Verformung des flexiblen Elements erfolgen.
Sofern das flexible Element aus einem dritten Material gefertigt ist und entsprechend als separate Komponente vorliegt, weist das dritte Material für das flexible Element gemäß Variante ii) bevorzugt ein kleineres Elastizitätsmodul auf als das zweite Material der Rohrführung. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das dritte Material zudem ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als das erste Material des Anschlussterminals.
Bevorzugt ist das erste Material des Anschlussterminals ausgewählt aus Buntmetallen wie Kupfer oder einer Buntmetalllegierung wie einer Kupferlegierung, insbesondere Messing, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Bevorzugt ist zumindest eine nach innen weisende Stirnseite des Anschlussterminals mit einem Kontaktwerkstoff zur Reduzierung des Kontaktwiderstands und/oder zur Reduktion von Funkenbildung beschichtet. Optional können aber auch beide Stirnseiten mit einem solchen Kontaktwerkstoff versehen sein. Die Kontaktwerkstoffe zeichnen sich durch eine gute Beständigkeit gegen Oxidation aus und sind auch beständig gegen Abnutzung durch bei Schaltvorgängen auftretende Funken und Lichtbögen.
Geeignete Kontaktwerkstoffe umfassen insbesondere Silber, Gold und Platin. Geeignete Legierungen als Kontaktwerkstoff umfassen insbesondere Silber-Nickel und Silber-Zinn-Oxid.
Die Rohrführung ist aus dem zweiten Material gefertigt. Bevorzugt ist das zweite Material ausgewählt ist aus einem Stahl, insbesondere einem ferritischen Stahl, einer Stahllegierung, insbesondere Nickelstahllegierungen und Chromstähle.
Das Gehäuseteil ist bevorzugt aus einem Metall gefertigt, wobei die mit Bezug zur Rohrführung beschriebenen Materialien grundsätzlich auch als Material für das Gehäuseteil geeignet sind. Zusätzlich sind auch andere Stähle, insbesondere austenitische Stähle geeignet. Bevorzugt ist ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der größer ist als der des verwendeten Fixiermaterials.
Insbesondere im Fall der Rohrführung kann das zweite Material auch ein Verbundmaterial sein, welches aus mehreren Schichten aufgebaut ist. Die Wahl eines Verbundmaterials wäre aber auch für ein separates flexibles Element oder für den Anschlusspin grundsätzlich denkbar.
Wird ein separates flexibles Element verwendet, so ist das dritte Material bevorzugt ausgewählt aus einem Buntmetall oder einer Buntmetalllegierung. Beispiele für geeignete Materialien umfassen Kupfer, Kupferlegierungen, insbesondere Messing.
Die Rohrführung kann als ein massives Bauteil ausgestaltet sein oder kann als gefaltetes Blechteil ausgeführt sein. Beispielsweise ist die Rohrführung als ein Blechteil ausgestaltet, wobei im Hülsenabschnitt durch ein oder mehrmaliges Falten des Blechteils die Dicke gegenüber dem als flexibles Element ausgestalteten Abschnitt vergrößert ist.
Bevorzugt ist das Blechteil ein einseitig beschichtetes Bleichteil, wobei das Bleichteil derart gefaltet und angeordnet ist, dass eine beschichtete Seite des Blechteils in Richtung einer Verbindung mit dem flexiblen Element oder dem Anschlussterminal zeigt und eine unbeschichtete Seite des Bleichteils in Richtung des Fixiermaterials weist
Bei der Beschichtung des Blechteils kann es sich insbesondere um eine Nickelschicht oder um eine andere Schicht handeln, welche das Verbinden insbesondere mit einem Lötprozess erleichtert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Blechteil aus einem Stahl gefertigt ist.
Das beschichtete Blechteil ist bevorzugt immer derart gefaltet und angeordnet, dass die Beschichtung nicht mit dem Fixiermaterial in Berührung kommt. Entsprechend liegt die beschichtete Seite im Bereich des Hülsenabschnitts bevorzugt immer innen und grenzt nicht an das Fixiermaterial an. Wird die Rohrführung mit einem Flansch ausgestaltet, so weist die Beschichtung im Bereich dieses Flansches bevorzugt in Richtung des Fügepartners. Hierdurch wird erreicht, dass die Rohrführung mit einer schweiß- und/oder lötverbindungsfördernden Oberfläche versehen werden kann, auch wenn diese sich weniger gut mit dem Fixiermaterial verbindet. Durch entsprechende Faltung des Blechteils grenzt immer die zur Verbindung mit dem jeweiligen Fügepartner am besten geeignete Oberfläche an diesen an.
Auch eine als massives Bauteil ausgestaltete Rohrführung kann teilweise beschichtet sein, um das Fügen mit dem flexiblen Element und/oder dem Anschlussterminal insbesondere in einem Lötprozess zu vereinfachen. Auch hierbei kann insbesondere eine Nickelschicht eingesetzt werden. Die Beschichtung wird dabei bevorzugt selektiv nur auf den Flächen aufgebracht, welche dem Fügepartner gegenüberliegen. Insbesondere die in Richtung des Fixiermaterials weisenden Flächen bleiben dabei bevorzugt frei von der Beschichtung.
Über das Fixiermaterial wird die Anschlussterminalanordnung sowohl mechanisch gehalten als auch gegenüber dem Gehäuseteil elektrisch isoliert. Bevorzugt ist das Fixiermaterial ausgewählt aus einem Glas, einer Glaskeramik oder einer Keramik.
Besonders bevorzugt wird als Fixiermaterial ein Glas verwendet, wobei das Glas ausgewählt ist aus einem Borosilikatglas, einem Natrium-Barium-Glas, einem Alkali-Glas, einem Silikatglas oder einem Soda-Glas. Dabei sind Borosilikatgläser, und Natrium-Barium-Gläser besonders für angepasste Einglasungen geeignet und Alkali-Gläser, einem Silikatgläser und Soda-Gläser sind besonders für Druckeinglasungen geeignet.
Ein Beispiel für die Materialauswahl der Durchführung ist Kupfer als erstes Material für das Anschlussterminal, ein ferritischer Stahl als zweites Material für die Rohrführung. Als Fixiermaterial kann beispielsweise ein Soda-Glas eingesetzt werden.
Kupfer weist hier mit ca. 110 GPa ein geringeres Elastizitätsmodul auf als der ferritische Stahl der Rohrführung mit ca. 200 GPa. Ein aus dem Kupfermaterial des Anschlusspins gebildetes elastisches Element kann sich somit bei gleicher Geometrie des elastischen Elements bereits bei geringerer Krafteinwirkung elastisch verformen und so die durch eine Wärmeausdehnung des Anschlusspins auftretende Formänderung aufnehmen, ohne schädliche Kräfte auf das Fixiermaterial zu übertragen. Bei Beibehaltung der Elastizität einer Rohrdurchführung aus ferritischem Stahl können entsprechend die Abmessungen eines aus Kupfer gefertigten elastischen Elements geringer ausfallen, wodurch die Durchführung kompakter ausfallen kann.
Die Anschlussterminalanordnung kann zusätzlich ein weiteres flexibles Element umfassen, welches mit der Rohrführung verbunden ist, wobei das flexible Element und das weitere flexible Element an entgegengesetzten Seiten bezogen auf die Durchgangsöffnung mit dem Anschlussterminal verbunden sind oder bei einstückiger Ausführung in diesen übergehen.
Auch das weitere flexible Element ist bevorzugt im wesentlichen hülsenförmig ausgestaltet und umgibt bevorzugt den Pinabschnitt des Anschlussterminals zumindest teilweise. Bezogen auf die Durchgangsöffnung im Gehäuseteil kann eines der flexiblen Elemente in Richtung der Oberseite und das jeweils andere flexible Element in Richtung der Unterseite orientiert sein, so dass das Anschlussterminal von beiden Seiten des Gehäuseteils gehalten werden kann.
Die beschriebenen Durchführungen sind insbesondere dazu geeignet, große Ströme im Bereich von mehreren Ampere, insbesondere mehr als 10 Ampere und besonders bevorzugt mehr als 100 Ampere sicher durch ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse hindurchzuführen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist das Bereitstellen eines Gehäuses, welches zumindest eine der hierin beschriebenen Durchführungen umfasst. Bei dem Gehäuse kann es sich beispielsweise um das Gehäuse einer elektrischen Sicherungseinrichtung, um das Gehäuse einer Steuereinrichtung wie eines Relais oder um das Gehäuse eines Batteriemoduls handeln.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Relais vorgeschlagen, welches ein Gehäuse mit zumindest zweien der hierin beschriebenen Durchführungen sowie eine Kontaktierungsvorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Anschlussterminals der beiden Durchführungen umfasst.
Die Kontaktierungsvorrichtung kann dabei insbesondere einen Aktor umfassen, welcher über ein elektrisches Signal angesteuert werden kann, so dass abhängig von einem solchen Steuersignal ein Stromfluss zwischen den beiden Anschlussterminals gesteuert werden kann. Ein Beispiel für einen solchen Aktor ist ein elektromechanischer Aktor mit einem Elektromagneten und einem beweglichen Anker. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Kontaktierungsvorrichtung einen pyrotechnischen Aktor umfassen, bei dem über ein elektrisches Signal eine Sprengladung gezündet werden kann, welche ein rasches Trennen einer elektrischen Verbindung zwischen den beiden Anschlussterminals bewirkt. Für die Durchführung der elektrischen Signale kann das Gehäuse weitere elektrische Durchführungen umfassen.
Das Gehäuse des Relais ist bevorzugt hermetisch dicht, so dass das Innere des Gehäuses zum einen vor Umwelteinflüssen geschützt ist und zum anderen nichts aus dem Inneren des Gehäuses nach Außen entweichen kann. Hierdurch ist es möglich, das Innere des Gehäuses oder zumindest einen Bereich um die Kontaktierungsvorrichtung herum, mit einem sogenannten Löschgas zu füllen. Ein derartiges Löschgas hat die Aufgabe, einen Lichtbogen, der beim Trennen des elektrischen Kontakts zu den Anschlussterminals auftreten kann, möglichst rasch zu löschen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren und ohne Beschränkung hierauf eingehender beschrieben werden.
Es zeigen:

1: Eine erste Ausführungsform der Durchführung in einer schematischen Schnittansicht von der Seite,
2: eine zweite Ausführungsform der Durchführung in einer schematischen Schnittansicht von der Seite,
3: eine dritte Ausführungsform der Durchführung in einer schematischen Schnittansicht von der Seite,
4: eine vierte Ausführungsform der Durchführung in einer schematischen Schnittansicht von der Seite,
5: eine fünfte Ausführungsform der Durchführung in einer schematischen Schnittansicht von der Seite,
6: eine sechste Ausführungsform der Durchführung in einer schematischen Schnittansicht von der Seite,
7: eine siebte Ausführungsform der Durchführung in einer schematischen Schnittansicht von der Seite und
8: ein Ausführungsbeispiel eines Relais mit zwei erfindungsgemäßen Durchführungen gemäß der sechsten Ausführungsform in einer schematischen Schnittansicht von der Seite.

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Durchführung 10 mit einem Anschlussterminal 22. Die Durchführung 10 umfasst ein Gehäuseteil 12 mit einer Durchgangsöffnung 14 darin. Eine Anschlussterminalanordnung 20 ist durch diese Durchgangsöffnung 14 hindurchgeführt und wird darin von einem Fixiermaterial 16 gehalten. Das Fixiermaterial 16 dichtet die Anschlussterminalanordnung 20 gegen die Wandungen der Durchgangsöffnung 14 hermetisch ab, so dass die Durchgangsöffnung 14 hermetisch abgeschlossen ist.
Die Anschlussterminalanordnung 20 umfasst ein Anschlussterminal 22 und eine Rohrführung 26. Eine Längsachse des Anschlussterminals 22 verläuft in dem gezeigten Ausführungsbeispiel koaxial zu einer Längsachse der Rohrführung 26, wobei die Rohrführung 26 einen Teil des Anschlussterminals 22 umgibt. Das Fixiermaterial 16 zur Abdichtung der Anschlussterminalanordnung 20 ist zwischen einer Außenwand eines Hülsenabschnitts 27 der Rohrführung 26 und einer Innenwand der Durchgangsöffnung 14 angeordnet ist, wobei zwischen einer Innenwand des Hülsenabschnitts 27 und dem Anschlussterminal 22 ein erster Spalt 32 vorhanden ist. Wie der Darstellung der 1 entnommen werden kann, ist der Hülsenabschnitt 27 somit der Abschnitt der Rohrführung 26, der direkt an das Fixiermaterial 16 angrenzend innerhalb der Durchgangsöffnung 14 angeordnet ist.
In der ersten Ausführungsform der 1 weist die Rohrführung 26 einen Abschnitt verringerter Dicke auf, der als ein flexibles Element 28 dient. In dem Abschnitt verringerter Dicke bleibt der Außendurchmesser der Rohrführung 26 unverändert, es wird zur Reduzierung der Dicke nur der Innendurchmesser verringert, wodurch sich in diesem Abschnitt die Wandstärke der Rohrführung 26 und damit deren Dicke reduziert. Hierdurch fällt ein zweiter Spalt 34 zwischen dem flexiblen Element 28 und einem zylindrisch ausgestalteten Pinabschnitt des Anschlussterminals 22 größer aus als der erste Spalt 32. Des Weiteren wird durch die reduzierte Stärke die Flexibilität der Rohrführung 26 erhöht, so dass das gebildete flexible Element 28 gegenüber bekannten Durchführungen mit Rohrführungen vergleichsweise kurz ausfallen kann und dennoch durch elastische Verformung eine durch Temperaturschwankungen ausgelöste Veränderung der Abmessungen des Anschlussterminals 22 ausgleichen kann.
An einem oberen Ende weist das Anschlussterminal 22 einen Kragen 24 auf, der in dem Ausführungsbeispiel der 1 in Form von zwei Stufen ausgebildet ist, in denen sich jeweils ein Durchmesser des zylindrisch ausgestalteten Anschlussterminals 22 jeweils vergrößert. Ferner weist das Anschlussterminal 22 an seiner Oberseite eine Gewindebohrung 23 auf. Die Gewindebohrung 23 ist insbesondere dazu eingerichtet, eine Verbindung mit einer elektrischen Zuleitung (nicht dargestellt) herzustellen, wobei die Zuleitung mit dem Anschlussterminal 22 verschraubt wird. In anderen Ausführungsformen können anstelle der Gewindebohrung 23 selbstverständlich auch andere Verbindungsmittel vorgesehen sein oder es kann auf Verbindungsmittel verzichtet werden, so dass das Anschlussterminal 22 beispielsweise an seiner Oberseite eine ebene Fläche aufweist, die beispielsweise mittels Löten oder Schweißen mit einer elektrischen Zuleitung verbunden werden kann.
Das durch den Bereich reduzierter Wandstärke der Rohrführung 26 gebildete flexible Element 28 ist in der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform mit einer Seitenwand der ersten Stufe des Kragens 24 des Anschlussterminals 22 verbunden. Entsprechend ist der Außendurchmesser der ersten Stufe des Kragens 24 kleiner als der Innendurchmesser des Fixiermaterials 16. Des Weiteren ist in dem dargestellten Beispiel der Außendurchmesser der zweiten, größeren Stufe des Kragens kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 14. In weiteren Ausführungsvarianten könnte dieser Durchmesser aber auch größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 14 gewählt werden. Die Verbindung erfolgt im dargestellten Beispiel über eine Lötverbindung 30, wobei selbstverständlich auch andere Verbindungsverfahren wie z.B. Schweißen eingesetzt werden können. Die Verbindung zwischen dem flexiblen Element 28 und dem Kragen 24 ist ebenfalls hermetisch dicht ausgeführt, so dass die Durchführung 10 insgesamt die Durchgangsöffnung 14 des Gehäuseteils 12 hermetisch dicht verschließt.
Der zwischen Kragen 24 und Hülsenabschnitt 27 liegende Teil des flexiblen Elements 28 ist dazu eingerichtet und ausgebildet sich bei Krafteinwirkung elastisch zu verformen, wobei der erste Spalt 32 und der zweite Spalt 34 den dazu notwendigen Raum bereitstellen. Auf diese Weise ist es insbesondere ohne eine schädliche Krafteinwirkung auf das Fixiermaterial 16 möglich, durch eine Wärmeausdehnung des Anschlussterminals 22 auftretende Kraft über eine elastische Formänderung des flexiblen Elements 28 aufzunehmen. Eine derartige Wärmeausdehnung kann insbesondere dann auftreten, wenn das Anschlussterminal 22 mit hohen elektrischen Strömen belastet wird und sich aufgrund des vorhandenen elektrischen Widerstands erwärmt.
Vorteilhafter Weise ist eine Wandstärke der Rohrführung 26 im Hülsenabschnitt 27 nicht reduziert, so dass die Rührführung 26, das Fixiermaterial 16 und das Gehäuseteil 12 eine Druckeinglasung ausbilden können, bei der ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils 12 größer gewählt ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials 16. Hierdurch zieht sich nach einem Einglasen des Fixiermaterials 16 das Gehäuseteil 12 stärker zusammen als das Fixiermaterial 16 und übt so einen Druck auf das Fixiermaterial 16 aus. Die Rohrführung 26 mit der höheren Wandstärke im Bereich des Hülsenabschnitts 27 kann dabei den notwendigen Gegendruck ausbilden, wobei gleichzeitig das flexible Element 28 die notwendige Elastizität aufweist, eine Wärmeausdehnung des Anschlussterminals 22 aufzunehmen.
Das Anschlussterminal 22 des ersten Ausführungsbeispiels der 1 ist aus einem ersten Material und die Rohrführung 26 ist aus einem zweiten Material gefertigt. Dies erlaubt es, für beide Teile der Anschlussterminalanordnung 20 jeweils die Materialeigenschaften optimal zu wählen. So kann insbesondere für das Anschlussterminal 22 ein Material mit geringem elektrischen Widerstand gewählt werden und für die Rohrführung 26 und insbesondere für deren Hülsenabschnitt 27 ein starres Material mit großem Elastizitätsmodul gewählt werden.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Durchführung 10 dargestellt. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist die Rohrführung 26 zweistückig ausgestaltet, so dass der Hülsenabschnitt 27 und das flexible Element 28 aus zwei Teilen zusammengesetzt sind und über eine Verbindung 30, welche beispielsweise als Lötverbindung oder Schweißverbindung ausgestaltet ist miteinander verbunden sind. Dies erlaubt es, den Abschnitt der Rohrführung 26, der als flexibles Element 28 dient, aus einem dritten Material zu fertigen und nur den Hülsenabschnitt 27 aus dem zweiten Material zu fertigen. Dabei wird das dritte Material bevorzugt derart gewählt, dass es ein geringeres Elastizitätsmodul als das zweite Material aufweist und daher bereits bei geringerer Krafteinwirkung eine elastische Verformung zeigen kann.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Durchführung 10. Wie bereits mit Bezug zur 1 beschrieben weist die Durchführung 10 ein Gehäuseteil 12 mit einer Durchgangsöffnung 14 auf, durch die eine Anschlussterminalanordnung 20 mit einem Anschlussterminal 22 und einer Rohrführung 26 hindurchgeführt ist. Die Anschlussterminalanordnung wird über ein Fixiermaterial 16 in der Durchgangsöffnung 14 gehalten und dichtet diese hermetisch ab.
Ähnlich wie in den ersten beiden Ausführungsformen der 1 und 2 weist das Anschlussterminal 22 an einer Seite einen Kragen 24 auf, der hier aber einstufig ausgestaltet ist und bündig mit einer der Stirnseiten des Anschlussterminals 22 angeordnet ist. In dieser Stirnseite ist wieder eine Gewindebohrung 23 angeordnet, welche das Verschrauben mit einer elektrischen Zuleitung erlaubt.
Die Rohrführung 26 wird in dem dritten Ausführungsbeispiel der 3 durch ein beschichtetes Blechteil gebildet, welches ein Blech 38 mit einer einseitig aufgebrachten Beschichtung 39 umfasst. Das Blechteil ist im wesentlich rohrförmig ausgestaltet und umgibt einen zylindrischen Pinabschnitt des Anschlussterminals 22, wobei eine Längsachse der Rohrführung 26 koaxial zu einer Längsachse des Anschlussterminals 22 verläuft. Das Bleichteil bildet an einem ersten Ende einen Hülsenbereich 27 mit erhöhter Dicke aus und bildet an einem zweiten Ende einen Flansch aus. Das Bleichteil ist dabei derart ausgestaltet, dass die Beschichtung 39 nach innen in Richtung des zylindrischen Pinabschnitts des Anschlussterminals 22 weist und die unbeschichtete Seite des Blechteils entsprechend nach außen weist. Der Hülsenbereich 27 wird durch ein- oder mehrmaliges Falten des Blechteils erhalten. Dabei wird das Blechteil derart umgeformt, dass die Beschichtung 39 des Blechs 38 aufeinander gefaltet wird und somit innen liegt. Entsprechend weist die unbeschichtete Seite des Blechs 38 im Hülsenbereich 27 in Richtung des Fixiermaterials 16. Der Flansch wird ebenfalls durch umformen des Blechteils erhalten, wobei hier die Beschichtung 39 des Blechs 38 in Richtung des Kragens 24 des Anschlussterminals 22 weist und mit diesem über eine Verbindung 30, welche beispielsweise als Lötverbindung ausgestaltet ist, verbunden ist. Um eine möglichst große Fläche für die Verbindung 30 mit dem Flansch bereitzustellen, ist ein Außendurchmesser des Kragens wie dargestellt bevorzugt größer als ein Innendurchmesser des Fixiermaterials 16 gewählt. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Kragens 24 kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 14 gewählt. Für eine weitere Vergrößerung der Verbindungsfläche kann der Außendurchmesser des Kragens 24 aber auch größer als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 14 gewählt werden.
Zwischen dem Flansch und dem Hülsenbereich 27 ist das Blechteil nicht gefaltet und bildet dort einen Abschnitt aus, der eine geringere Stärke als der Hülsenbereich 27 aufweist und der als flexibles Element 28 dient. Ein erster Spalt 32 zwischen dem Hülsebereich 27 und dem zylindrischen Pinabschnitt des Anschlussterminals 22 fällt dadurch geringer aus als ein zweiter Spalt 34 zwischen dem flexiblen Element 28 und dem zylindrischen Pinabschnitt des Anschlussterminals 22.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für eine Durchführung 10. Die Durchführung 10 weist wieder ein Gehäuseteil 12 mit einer Durchgangsöffnung 14 auf, durch die eine Anschlussterminalanordnung 20 mit einem Anschlussterminal 22 und einer Rohrführung 26 hindurchgeführt ist. Die Anschlussterminalanordnung wird über ein Fixiermaterial 16 in der Durchgangsöffnung 14 gehalten und dichtet diese hermetisch ab.
Ähnlich wie in den ersten beiden Ausführungsformen der 1 und 2 weist das Anschlussterminal 22 an einer Seite einen Kragen 24 auf, der hier ebenfalls mehrstufig ausgestaltet ist, wobei ausgehend von einer Unterseite, welche der Oberseite mit einer Gewindebohrung 23 entgegengesetzt ist, der Kragen 24 eine erste Stufe und eine zweite Stufe aufweist, wobei ein Durchmesser der ersten Stufe größer ist als ein Durchmesser der zweiten Stufe. In weiteren Ausführungsformen wäre es aber selbstverständlich auch möglich, den Kragen 24 abweichend auszugestalten, beispielsweise mit nur einer Stufe, welche bündig mit der Oberseite des Anschlussterminals 22 angeordnet ist.
An einer Unterseite des Kragens 24 ist die Rohrführung 26 mit dem Kragen 24 über eine Verbindung 30 verbunden, welche beispielsweise als eine Lötverbindung ausgestaltet ist. Die Rohrführung 26 ist hier zweistückig ausgestaltet, wobei ein dem Fixiermaterial 16 gegenüberliegender Hülsenabschnitt 27 aus dem zweiten Material gefertigt ist und ein als flexibles Element 28 dienender Teil aus einem dritten Material gefertigt ist, welches ein kleineres Elastizitätsmodul als das zweite Material aufweist. Die beiden Teile der Rohrführung 26 sind im gezeigten Beispiel ebenfalls über eine Verbindung 30 verbunden, welche beispielsweise als eine Lötverbindung ausgestaltet ist. Die Rohrführung 26 ist dabei derart angeordnet, dass das flexible Element 28 zum Kragen 24 weist. Die Rohrführung 26 ist insgesamt im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet und umgibt einen zylindrischen Pinabschnitt des Anschlussterminals 22 derart, dass die Längsachse der Rohrführung 26 koaxial zu einer Längsachse des Anschlussterminals 22 verläuft. Die Abmessungen des Kragens 24 und der Rohrführung 26 sind hier so gewählt, dass der Außendurchmesser der Rohrführung 26 dem größeren Durchmesser des Kragens 24 entspricht und die beiden Teile somit ohne Stufe ineinander übergehen.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Durchführung 10, welche dem vierten Ausführungsbeispiel der 4 ähnelt. Abweichend von dem vierten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Rohrführung 26 kleiner als der Durchmesser des Kragens 24. Des Weiteren ist zur Verbesserung einer Spannungsfestigkeit der Durchführung 10 ein zusätzliches Isolationsmaterial 36 vorgesehen, welches hier als zwei Isolationsscheiben ausgestaltet ist. Eine erste Isolationsscheibe deckt dabei eine Oberseite des Fixiermaterials 16 sowie einen angrenzenden Teil der Oberseite des Gehäuseteils 12 ab. Eine zweite Isolationsscheibe deckt dabei eine Unterseite des Fixiermaterials 16 sowie einen angrenzenden Teil der Unterseite des Gehäuseteils 12 ab. Durch das angeordnete Isolationsmaterial 36 wird insbesondere eine Kriechstrecke zwischen der Anschlussterminalanordnung 20 und dem Gehäuseteil 12 vergrößert, so dass die Spannungsfestigkeit der Durchführung 10 verbessert wird. Anstelle von Isolationsscheiben könnte das Isolationsmaterial 36 auch beispielsweise als eine isolierende Beschichtung aufgebracht werden. Des Weiteren kann es je nach Anwendung ausreichend sein, das Isolationsmaterial 36 auch lediglich auf einer Seite, beispielsweise der Oberseite, der Durchführung 10 anzuordnen.
6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel für eine Durchführung 10. Die Durchführung 10 weist wieder ein Gehäuseteil 12 mit einer Durchgangsöffnung 14 auf, durch die eine Anschlussterminalanordnung 20 mit einem Anschlussterminal 22 und einer Rohrführung 26 hindurchgeführt ist. Die Anschlussterminalanordnung 20 wird über ein Fixiermaterial 16 in der Durchgangsöffnung 14 gehalten und dichtet diese hermetisch ab.
Das Anschlussterminal 22 weist hier bündig mit einer Oberseite mit einer Gewindebohrung 23 einen Kragen 24 auf, wobei sich an einer zur Durchgangsöffnung 14 weisenden Unterseite des Kragens 24 ein als flexibles Element 28 dienender hülsenförmiger Abschnitt des Anschlussterminals 22 anschließt. Der Außendurchmesser des hülsenförmig ausgestalteten Abschnitts entspricht in diesem Beispiel dem Außendurchmesser des Kragens 24, wobei der Außendurchmesser aber abweichend davon auch kleiner gewählt werden kann. Ferner ist in dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Außendurchmesser des Kragens 24 größer als der Innendurchmesser des Fixiermaterials 16 und kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 14 gewählt. Der Außendurchmesser des Kragens 24 könnte alternativ aber auch größer als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 14 gewählt werden.
Der hülsenförmige Abschnitt dient als ein flexibles Element 28 und ist über eine Verbindung 30, die beispielsweise als Lötverbindung ausgeführt ist, mit einer Rohrführung 26 verbunden. Die Rohrführung 26 umfasst einen Hülsenabschnitt 27, der an das Fixiermaterial 16 angrenzt. Zwischen dem Hülsenabschnitt 27, der einen zylindrischen Pinabschnitt des Anschlussterminals 22 umgibt, und dem Anschlussterminal 22 liegt ein erster Spalt 32 vor. In der in 6 dargestellten Ausführungsform ist der Hülsenabschnitt 27 nach oben hin verlängert und erweitert sich an einem dem Kragen 24 zugewandten Ende zu einem Verbindungsflansch. An dem Verbindungsflansch ist die Rohrführung 26 mit dem flexiblen Element 28 des Anschlussterminals 22 verbunden. Die Rohrführung 26 ist aus einem zweiten Material gefertigt, welches gegenüber einem ersten Material aus dem das Anschlussterminal 22 gefertigt ist ein größeres Elastizitätsmodul aufweist. Entsprechend werden bei einer Wärmeausdehnung des Anschlussterminals 22 auftretende Kräfte über eine elastische Formänderung des flexiblen Elements 28 des Anschlussterminals 22 aufgenommen. Vorteilhafter Weise wird somit keine aus der Wärmeausdehnung resultierende Kraft über die Rohrhülse 26 und insbesondere deren Hülsenabschnitt 27 auf das Fixiermaterial 16 übertragen oder eine solche Übertragung zumindest auf ein unbedenkliches Maß reduziert.
Der als flexibles Element 28 dienende hülsenförmige Abschnitt des Anschlussterminals 22 umschließt den zylindrischen Pinabschnitt des Anschlussterminals 22, wobei eine Längsachse des hülsenförmigen Abschnitts konzentrisch zu einer Längsachse des zylindrischen Pinabschnitts angeordnet ist und ein zweiter Spalt 34 zwischen einer Innenseite des hülsenförmigen Abschnitts bzw. dem durch diesen gebildeten flexiblen Elements 28 und dem zylindrischen Pinabschnitt vorliegt.
7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Durchführung 10, bei dem ähnlich wie im sechsten Ausführungsbeispiel der 6 ein hülsenförmiger Abschnitt des Anschlussterminals 22 als ein flexibles Element 28 ausgebildet ist.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform der 6 weist der als flexibles Element 28 dienende Abschnitt des Anschlussterminals 22 hier einen geringeren Außendurchmesser auf als der Kragen 24 auf und der Kragen 24 ist ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 mehrstufig ausgestaltet. Des Weiteren weist die Rohrführung 26 hier keinen als Verbindungsflansch dienenden Bereich mit vergrößertem Durchmesser auf. In dem dargestellten Beispiel sind Außen- und Innendurchmesser der Rohrführung 26 und des flexiblen Elements 28 identisch ausgestaltet. Da das erste Material des Anschlussterminals 22 und damit des einstückig damit ausgeführten flexiblen Elements 28 ein geringeres Elastizitätsmodul als das zweite Material der Rohrführung 26 aufweist werden durch Wärmeausdehnung des Anschlussterminals 22 auftretende Kräfte über eine elastische Verformung des flexiblen Elements 28 aufgenommen und die Form der Rohrführung 26 bleibt im Wesentlichen unverändert.
In 8 ist ein Beispiel für ein Relais 200 dargestellt, welches beispielsweise als ein Hochleistungsrelais für ein Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Das Relais 200 umfasst ein Gehäuse 100 mit einem als Deckel ausgeführten Gehäuseteil 12. Das Gehäuseteil 12 umfasst zwei elektrische Durchführungen 10 mit Anschlussterminals 22, an die ein durch das Relais 200 zu schaltender Stromkreis angeschlossen werden kann. Beispielsweise können dazu elektrische Verbinder mit den Anschlussterminals 22 verschraubt werden. In dem in 8 dargestellten Beispiel sind die Durchführungen 10 wie mit Bezug zu der 6 beschrieben ausgestaltet. Es können aber selbstverständlich auch andere der hierin beschriebenen Durchführungen 10 eingesetzt werden.
Im Inneren des Gehäuses 100 ist eine Kontaktierungsvorrichtung 110 angeordnet, welche dazu eingerichtet ist, in einer ersten Position die beiden Anschlussterminals 22 elektrisch zu verbinden, so dass ein Stromfluss möglich ist, und in einer zweiten Position die beiden Anschlussterminals 22 elektrisch zu trennen, so dass kein Stromfluss möglich ist. Wie in der Darstellung der 8 gezeigt können die Anschlussterminals 22 an ihrer der Kontaktierungsvorrichtung 110 zugewandten Stirnseite eine Kontaktbeschichtung 40 aufweisen, welche aus einem Kontaktwerkstoff besteht. Der Kontaktwerkstoff, beispielsweise Silber oder eine Silber-Kupfer oder Silber-Nickel Legierung, ist beständig gegen Oxidation und reduziert einen elektrischen Kontaktwiderstand zwischen dem jeweiligen Anschlussterminal 22 und der Kontaktierungsvorrichtung 110.
Um die Kontaktierungsvorrichtung von einer Position in die andere zu überführen, ist in dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Aktor 120 vorgesehen, der als ein elektromagnetischer Aktor ausgeführt ist. Für eine elektrische Kontaktierung des Aktors 120 verfügt das Gehäuse 100 über weitere elektrische Durchführungen, welche in der Schnittdarstellung der 6 nicht sichtbar sind.
Über einen Elektromagneten 122 des Aktors 120 kann dann beispielsweise die Kontaktierungsvorrichtung 110 bei Bestromung des Elektromagneten 122 in die erste Position gebracht werden, so dass ein elektrischer Strom zwischen den beiden Anschlussterminals 22 fließen kann. Wird die Bestromung des Elektromagneten 122 beendet, kann beispielsweise über eine Feder 124 die Kontaktierungsvorrichtung 110 in die zweite Position gebracht werden, so dass kein Stromfluss mehr zwischen den beiden Anschlussterminals 22 möglich ist. Zum raschen Löschen eines beim Trennen der Kontaktierungsvorrichtung 110 von den Anschlussterminals 22 gegebenenfalls auftretenden Lichtbogens kann vorgesehen sein, das Innere des Gehäuses 100 mit einem sogenannten Löschgas zu füllen. Da die erfindungsgemäßen Durchführungen 10 hermetisch dicht sind kann das Löschgas nicht aus dem Gehäuse 100 entweichen.
Bei dem Relais 200 kann vorgesehen sein, zusätzlich zu dem Aktor 120 eine weitere Betätigungsvorrichtung zum Bewegen der Kontaktierungsvorrichtung 110 vorzusehen. Beispielsweise kann eine pyrotechnische Vorrichtung vorgesehen sein (in der 8 nicht dargestellt), welche bei Bestromen eines Anzünders eine Sprengladung auslöst, die dann die Kontaktierungsvorrichtung 110 rasch in die zweite Position überführt, bei der die Anschlussterminals 22 elektrisch voneinander getrennt sind.
Die Ansprüche sind nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, bei denen einzelne Merkmale der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

10: Durchführung
12: Gehäuseteil
14: Durchgangsöffnung
16: Fixiermaterial
20: Anschlussterminalanordnung
22: Anschlussterminal
23: Gewindebohrung
24: Kragen
26: Rohrführung
27: Hülsenabschnitt
28: flexibles Element
30: Lötverbindung
32: erster Spalt
34: zweiter Spalt
36: Isolationsmaterial
38: Blech
39: Beschichtung
40: Kontaktbeschichtung
100: Gehäuse
110: Kontaktierungsvorrichtung
120: Aktor
122: Elektromagnet
124: Feder
200: Relais

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3358593 B1 [0003]

Claims

Durchführung (10) mit einem Anschlussterminal (22), insbesondere für ein Hochleistungsrelais (200), umfassend ein Gehäuseteil (12) mit einer Durchgangsöffnung (14) und eine Anschlussterminalanordnung (20), welche durch die Durchgangsöffnung (14) hindurchgeführt ist und mit einem Fixiermaterial (16) gegen die Durchgangsöffnung (14) abgedichtet ist, wobei die Anschlussterminalanordnung (20) ein Anschlussterminal (22) aus einem ersten Material und eine Rohrführung (26) aus einem zweiten Material umfasst, wobei die Rohrführung (26) zumindest einen Teil des Anschlussterminals (22) umgibt und das Fixiermaterial (16) zur Abdichtung der Anschlussterminalanordnung (20) zwischen einer Außenwand eines Hülsenabschnitts (27) der Rohrführung (26) und einer Innenwand der Durchgangsöffnung (14) angeordnet ist, wobei zwischen einer Innenwand des Hülsenabschnitts (27) und dem Anschlussterminal (22) ein erster Spalt (32) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussterminalanordnung (20) ferner ein flexibles Element (28) umfasst, über das die Rohrführung (26) mit dem Anschlussterminal (22) verbunden ist, wobei das flexible Element (28) einen Pinabschnitt des Anschlussterminals (22) umgibt, und wobei ein zweiter Spalt (34) zwischen dem Pinabschnitt des Anschlussterminals (22) und dem flexiblen Element (28) vorhanden ist, wobei i) das flexible Element (28) einstückig mit der Rohrführung (26) als ein Abschnitt der Rohrführung (26) mit verringerter Dicke ausgebildet ist, oder ii) das flexible Element (28) aus einem dritten Material gefertigt ist, oder iii) das flexible Element (28) einstückig mit dem Anschlussterminal (22) ausgebildet ist.
Durchführung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussterminal (22) einen Kragen (24) aufweist und das flexible Element (26) gemäß Variante i) oder ii) an einer zur Durchgangsöffnung (14) weisenden Seite des Kragens (24) mit diesem verbunden ist oder dass im Fall einer einstückigen Ausführung mit der Rohrführung (26) gemäß Variante iii) der das flexible Element (28) bildende Abschnitt des Anschlussterminals (22) an der zur Durchgangsöffnung (14) weisenden Seite des Kragens (24) beginnt.
Durchführung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussterminal (22) einen Kragen (24) aufweist und das flexible Element (28) gemäß Variante i) oder ii) an einer seitlichen Fläche des Kragens (24) mit diesem verbunden ist.
Durchführung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (24) außerhalb der Durchgangsöffnung (14) angeordnet ist.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrführung (26) an einer zum flexiblen Element (28) weisenden Seite außerhalb der Durchgangsöffnung (14) eine kontinuierliche oder sprunghafte Vergrößerung des Durchmessers aufweist und die Rohrführung (26) mit dem flexiblen Element (28) in diesem Bereich mit vergrößerten Durchmesser verbunden ist.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussterminal (22) an einer nach außen weisenden Seite eine Gewindebohrung (23) zur Befestigung einer Anschlussleitung aufweist.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixiermaterial (16) und ein angrenzender Abschnitt des Gehäuseteils (12) an einer Oberseite und/oder an einer Unterseite der Durchführung (10) mit einem Isolationsmaterial (36) überdeckt sind.
Durchführung (10) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial (36) als eine Scheibe aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist oder als eine Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (10) als eine Druckeinglasung ausgebildet ist, bei der ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils (12) größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials (16).
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material einen geringeren elektrischen Widerstand aufweist als des zweite Material und/oder dass das erste Material ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als das zweite Material.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material gemäß Variante ii) ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als das zweite Material und bevorzugt ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als das erste Material.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ausgewählt ist aus einem Buntmetall wie Kupfer oder einer Kupferlegierung, insbesondere Messing, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite des Anschlussterminals (22) mit einem Kontaktwerkstoff zur Reduzierung des Kontaktwiderstands und/oder zur Reduktion von Funkenbildung beschichtet ist.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrführung (26) als ein Blechteil ausgestaltet ist wobei im Hülsenabschnitt (27) durch ein oder mehrmaliges Falten des Blechteils die Dicke gegenüber dem als flexibles Element (28) ausgestalteten Abschnitt vergrößert ist.
Durchführung (10) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Blechteil ein einseitig beschichtetes Bleichteil ist und das Bleichteil derart gefaltet und angeordnet ist, dass eine beschichtete Seite des Blechteils in Richtung einer Verbindung (30) mit dem flexiblen Element (28) oder dem Anschlussterminal (22) zeigt und eine unbeschichtete Seite des Bleichteils in Richtung des Fixiermaterials (16) weist.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ausgewählt ist aus einem Stahl, insbesondere einem ferritischen Stahl, oder einer Stahllegierung, insbesondere einer Nickelstahllegierung oder einem Chromstahl.
Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixiermaterial (16) ausgewählt ist aus einem Glas, einer Glaskeramik oder einer Keramik.
Durchführung (10) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas ausgewählt ist aus einem Borosilikatglas, einem Natrium-Barium-Glas, einem Alkali-Glas, einem Silikatglas oder einem Soda-Glas.
Durchführung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussterminalanordnung (20) ein weiteres flexibles Element umfasst, welches mit der Rohrführung (26) verbunden ist, wobei das flexible Element (28) und das weitere flexible Element an entgegengesetzten Seiten bezogen auf die Durchgangsöffnung (14) mit dem Anschlussterminal (22) verbunden sind oder bei einstückiger Ausführung in diesen übergehen.
Gehäuse (100) umfassend zumindest eine Durchführung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
Relais (200) umfassend zumindest zwei Durchführungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 oder ein Gehäuse nach Anspruch 20 sowie eine Kontaktierungsvorrichtung (110) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Anschlussterminals (22) der beiden Durchführungen (10).