DE1765571A1

DE1765571A1 - Anordnung mit zwei hermetisch gegeneinander abgedichteten Teilen

Info

Publication number: DE1765571A1
Application number: DE19681765571
Authority: DE
Inventors: Watson John Edward; Johnson Erlon Fitch
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1967-06-15
Filing date: 1968-06-11
Publication date: 1971-07-29
Also published as: US3522575A; FR1570876A; GB1230136A; ES354771A1; NL6808260A

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN

Patentanwalt

8000 MÜNCHEN 71 Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213

AMP 2274

München, den Kf ο

:^ 8

AMP Incorporated Eisenhower Boulevard Harrisburg, Pennsylvania T. St. A=

Anordnung mit zwei hermetisch gegeneinander abgedichteten

Teilen ■

Priorität! U-.S.A·; 15. Juni 1967;

U.S.Ser.Uo. 646

U.S.A.·, 11. Dezember 1967;

U.S»Sei·.Uo-. 689650

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung mit einem ersten Teil, der aus Isoliermaterial besteht, und einem zweiten Teil, der aus elektrisch leitendem Material besteht und in dem ersten Teil montiert ist. Insbesondere betrifft die Erfindung die Schaffung einer hermetischen Abdichtung zwischen den beiden Teilen. .

Bayerische

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Wenn zwei Materialien miteinander verbunden v/erden müssen, ist in vielen Fällen eine gute Abdichtung zwischen ihnen erforderlicho. Diese Abdichtung muß den Temperaturunterschieden gewachsen sein, die eine Dehnung und Schrumpfung der beiden Teile bewirken. Da die Teile verschiedene Wärmedehnzahlen haben können, muß die Dichtung imstande sein, sich den vorkommenden Unterschieden anzupassen, ohne daß die Dichtung selbst beschädigt wird. Es sind zahlreiche Dichtungsmaterialien bekannt, mit denen eine elastische Dichtung hergestellt werden kann« Es gibt jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Materialien, mit denen eine hermetische Abdichtung erzielt werden kann. Eine hermetische Abdichtung ist oft in elektrischen Geräten erforderlich, in denen ein Leiter durch einen Isolator hindurchtritt. Dabei kann die Umgebungsatmosphäre auf der einen Seite der Dichtung entweder unter einem sehr niedrigen oder einem sehr hohen Druck ziehen, oder sie kann von der auf der anderen Seite der Dichtung vorhandenen Atmosphäre vollkommen verschieden sein. Aus diesen Gründen ist die Qualität der Abdichtung von sehr großer Bedeutung und darf die Abdichtung überhaupt kein Lecken ermöglichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Anordnung mit einer hermetischen Abdichtung zwischen einem Isolator und einem Leiter» Dabei wird eine Abdichtung als hermetisch be- __ zeichnet, wenn sie bei der Prüfung mit einem Helium-Massenspektro-

—7 -9 meter, das einen Empfindlichkeitsbereich von 10 bis 10 hat,

und periodisch zwischen -55° bis +125⁰G veränderten Temperaturen kein Lecken zeigte

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Die "bekannten hermetischen Abdichtungen werden an leitenden Teilen geschaffen, die in Glas oder Keramik montiert und mit dem Glas oder der Keramik an einem Metallgehäuse in Form eines Ringes., i'lansches oder dergleichen angeschmolzen sind. Bei Glas oder Keramik tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß nur besondere Stähle oder Legierungen verwendet werden können. Diese Stähle oder Legierungen haben aber nicht immer die elektrischen

Leitfähigkeitseigenschaften, die für einen besonderen Verwendungszweck erforderlich sind. Die Verwendung von Glas oder Keramik als Isoliermaterial ist nicht immer ideal» Einen Isolierkörper, der von leitenden Stiften durchsetzt ist, kann man aus duroplastischem oder thermoplastischem Material herstellen und direkt um die leitenden Stifte herumpressen» Zur Erzielung einer guten Leitfähigkeit können diese Stifte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Das direkte Umpressen führt zu einer elastischen, wasserdichten Abdichtung, die aber nicht so stark ist, daß sie in dem vorstehend angegebenen Sinne als hermetisch bezeichnet werden kann«,

Erfindungsgemäß besitzt eine elektrische Anordnung mit einem ersten Teil, der aus Isoliermaterial besteht, und einem zweiten Teil, der aus elektrisch leitendem Material besteht und in dem ersten Teil montiert ist, einen Überzug aus einem Dichtungsmaterial, das zwischen den Teilen auf ihre Berührungsbereiche aufgetragen ist und bei einer unterschiedlichen Dehnung und Schrumpfung der Teile eine hermetische Abdichtung zwischen ihnen aufrechterhalte

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Die Beschaffenheit des Überzuges ist wichtig. Er kann aus einem Phenolharz bestehen, das zwischen 2 und 10 tfo eines thermoplastischen Materials enthält» Das thermoplastische Material kann ein Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyl oder PoIyvinylformal sein« Der Überzug kann auch aus einem fluorierten Elastomer hergestellt werden» Er hat vorzugsweise eine Dicke von 50 - 200 Mikron.

Der erste Teil besteht vorzugsweise aus einem duroplastischen Silikonharz«, Zum Verlängern der Zwischenfläche zwischen den beiden aneinanderliegenden Teilen kann der zweite Teil in dem überzogenen Bereich mit einem Vor- oder Einsprung versehen sein» Der Einsprung kann aus einer Hinterschneidung und der Vorsprung vorzugsweise aus einem Flansch bestehen».

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schaffen einer hermetischen Abdichtung, wobei der zweite Teil mit dem Dichtungsmaterial überzogen und dann mit dem ersten Teil umpreßt wird» Man kann das Überzugsmaterial auch zunächst auf den zweiten Teil oder aui die Wandung einer Ausnehmung in dem ersten Teil auftragen und dann den ersten Teil in die Ausnehmung des zweiten Teils einsetzen»

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden verschiedene Ausführungsbeispiele von Anordnungen und Verfahren gemäß der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigtj

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Mg₀ 1 im Schnitt eine Ausführungsform, in der leitende Teile einen Eefestigungsblock aus Isoliermaterial durchsetzen, der seinerseits in einem Metallring festgelegt ist.

2 zeigt eine andere Ausführungsform, in der mehrere, nahe beieinanderstehende, leitende Anschlußstifte einer Relativ dünnen Kunststoffplatte festgelegt sind»

Pig. 3 zeigt eine Ausführungsform, in der Anachlußstifte in vorgeformten Ausnehmungen einer Platte befestigt sind, wobei ein weiterer Isolierkunststoff in die Ausnehmungen der Platte gepreßt wird, um die Anschlußstifte darin festzulegen und abzudiohteno

Mg. 4 zeigt schaubildlich einen Mehrkontaktverbinder, dessen beide Hauptteile voneinander getrennt sind,

Mg. 5 einen Querschnitt durch die Mitte des zusammengesetzten Verbinders nach Mg. 4 und ™

Pig, 6 in größerem Maßstab einen Stiftverbinder, der in eine · Platte eingesetzt ist, von der ein Teil im- Schnitt dargestellt ist.

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In den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen •ist die Abdichtung in jedem Pail hermetisch im Sinne der in der Beschreibungseinleitung gegebenen Begriffsbestimmung»

In Figo 1 ist ein Block aus Isoliermaterial 1 von zwei Stiften 2, 3 aus leitendem Material von der einen Seite zur anderen durchsetzte Der Block 1 ist in einem Tragring 4 montiert, der aus Metall besteht. Der Tragring ist an einem Blechgehäuse 5 angebracht, das strichpunktiert dargestellt ist und von dem angenommen wird, daß es elektronische Bestandteile enthält» In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Ring 4 durch Löten bzw» Hartlöten mit dem Rand einer Ausnehmung in einem aus Glas oder Keramik bestehenden Kolben verbunden sein, der beispielsweise Röhrenelektroden enthält - Die Stifte 2, 3 können als elektrische Zuleitungen für die Bestandteile in dem Gehäuse 5 angesehen werden«

Die in Pig. 1 gezeigte Anordnung wird dadurch hergestellt, daß die inneren Teile des Ringes 4 in den Hohlraum einer Form eingebracht und die Stifte 2 und 3 derart in die Form eingesetzt werden, daß sie gemäß Figo 1 angeordnet sind. Danach wird mit einem Kunststoff, der geeignete Eigenschaften besitzt, der Hohlraum unter der Wirkung eines Gefälles und/oder Druckes gefüllt, so daß ein gepreßter Block erhalten wird, der die gezeigte Ausbildung hat. Gemäß Fig« 1 besitzt der Ring 4 auf

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beiden Seiten je eine Umfangsnut 6. Diese Nuten 6 und die ihnen benachbarten Flächen des Ringes 4 werden gemäß Figo 1 mit einem dichtenden Klebstoff überzogen, der eine Zwischenfläche zwischen dem metallischen Material des Hinges und dem Kunststoff des Blockes 1 bildete Derselbe Überzug 7 wird ferner in einem Teil der Mn_c;e der Stifte 2 und 3 auf deren Umfang aufgetragene Dieser Klebstoff 7 klebt sowohl an Metall als auch an Kunststoff und ist ferner elastisch, so daß er eine unterschiedliche Dehnung oder Schrumpfung des Blockes 1, der Stifte 2 oder 3 oder des Ringes 4 aufnehmen kann, ohne daß sich dabei an der Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Kunststoff ein Spalt entwickelt, der zum Lecken führen könnte. Der klaren Darstellung haloer ist die Klebstoffschicht 7 übertrieben dick gezeichnet, Wenn der Körper 1 im Preßspritzverfahren aus einem Duroplasten hergestellt wird, während der Ring 4 und die Stifte 2 und 3 aus Lletall-, beispielsweise Messing bestehen, kann der Klebstoff 7 in der in Figo 1 dargestellten Weise aufgetragen werden, indem die Teile überzogen vrerden, ehe der Pormhohlraum mit dem Laterial für den Block 1 gefüllt wird_o Der aufgetragene Überzug hat eine Dicke von etwa 0,13 mm und besteht aus einem duroplastischen Harz, das ein Phenolharz mit einem Gehalt von etwa 6 ^Polyvinylchlorid enthält« Im allgemeinen hat der Überzug je nach der Größe oder dem Durchmesser der verwendeten Metallteile eine Dicke von etwa 0,05 - 0,20 mm„ Meistens wird eine Dicke von 0,13 oder 0,15 mm bevorzugte

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Vorzugsweise werden duroplastische Harze verwendet, die ein Phenolharz und etwa 2-10 °/o Klebstoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyl, Polyvinylformal oder Epoxydlack enthalten. Diese Stoffe können beispielsweise in einem Anteil von 6 °/o verwendet werden»

In einer Ausführungsfonn bestand das Material des Blockes 1 aus einem glasfaserverstärkten Epoxydharz« Nach dem Auftragen des Klebstoffes 7 wurde der Formhohlraum mit dem Material für den Block 1 gefüllt und dann anhärten gelassen. Es hat sich gezeigt, daß ein Überzug 7 aus dem vorstehend erwähnten Klebstoff 7 beim Einsetzen in die ."Form nicht von den Metallflächen abgescheuert wird« Die zu überziehenden Metallteile haben vorzugsweise einen Einsprung, wie er bei 8 angedeutet ist, oder einen Flansch 9, damit die Weglänge, über welcher der Überzug aufgetragen wird und über die ein Weg geöffnet werden muß, damit ein Leck entstehen kann, bei gegebener Größe der Teile vergrößert wird. Die Anordnung von Planschen oder ITuten wirkt auch einem Entfernen des Überzuges beim Einsetzen in die Form entgegen und führt zu einer besseren formschlüssigen mechanischen Verbindung zwischen den verschiedenen Elementen«,

Als Substanzen, die einerseits biegsam und andererseits klebfähig sind, kann man auch andere Materialsysteme verwenden Für hitzebeständige Systeme, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, wurden Silikon-Kunststoffe mit den

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Bezeichnungen Dow Corning 301G oder 3Q2G (beide glasfaserver-' ptärkt) oder Dow Corning E91084 (mit mineralischem Füllstoff) zur Herstellung von Blöcken oder Platten, verschiedener Ausbildungen verwendet ο Dabei bestand der Klebstoffüberzug aus einem fluorierten Elastomer, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung Yiton-Kautschuk oder Fluroal bekannt ist« Das genannte B,loekmaterial ist Temperaturen bis zu etwa 343°O und der Klebstoff Temperaturen bis zu etwa 26O⁰G gewachsen» Die Gesamtanordrping kann intermittierend Temperaturen bis zu 315°C ausgesetzt werden, Bei einem System für hohe Temperaturen kann der fEberzug je nach der Größe der verwendeten Teile eine Dicke γόη O₁QS - 0,20 nun, vorzugsweise von etwa 0,13 - 0,15 mm haben«

Fig. 2 zeigt eine andere Attsführuiigsfornv der Erfindung„ Der Befe.stigun,gsteil besteht hier aus einer dünnen Platte 10 und die lei-tendin Teile aus. nahe beieinanderliegenden Anachluß,-stifteß. 11 TQXi relativ kleinem Durchmesser „ Die Stifte 11 haben 3g ein^n verdickten Teil, um den herum ein Klebstoffüberzug

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7 aufgetragfn wird. Bei den bekannten Einrichtungen, in denen Glas oder Keramik und ein metallischer Träger verwendet wird, ist ea 'pehwierig;, kleine Teile in kleinen Abständen voneinander anzuordnen* W^g im Rahmen der Erfindung möglich istV

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Pig« 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung₀ Eine •vorgefarmte Platte 12 aus einem duroplastischen Material, z.B. einem Phenolharz oder einem Diallylphthalat, besitzt eine Reihe von relativ großen, eingeformten oder gebohrten Ausnehmungen 13, Im-Rahmen der Erfindung wird der gepreßte Teil in eine Vorrichtung eingesetzt, in der Anschlußstifte 14 festgelegt sind, die in der angedeuteten Weise überzogen sind. Danach werden die größeren Ausnehmungen mit einem Duroplasten 15 gefüllt, der dann ausgehärtet wird. Der Teil 12 kann möglicherweise eine Metallkonstruktion in Form eines Behälters (header) oder dergleichen sein. In diesem lall führt die Anwendung der Erfindung zu dem besonderen Vorteil_? daß sie die Verwendung von leitenden Stiften aus überzogenem oder nichtüberzogenem Messing oder Kupfer anstelle von 3t$hl oder Legierungen gestattet«

Fig« 4 und 5 zeigen ausführlich eine Ausführungsfqrm der Erfindung in Form eines Mehrstiftverbinders, 4er aus zwei Hauptteilen besteht» Der erste Teil 21 ist ein Stiftteil und der zweite Teil 22 ein Buchsenteil. Der Stiftt^il tjnd, der Buchsenteil sind durch eine Kappe 23 so miteinander verbunden, daß sie eine hermetische Abdichtung ergeben» Diese K§ppe, wird an dem Buchsenteil 11 festgehalten und kann auf d.§n Stiftteil 21 geschraubt werdeno Gemäß Fig. 5 hält die Kappe zwei Unterlegscheiben 24 fest, die zwischen einem hinteren Flansch 25 der Kappe 23 und einem Innenflansch 26 des Stiftteils 21 angeordnet

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sind und aus einem geeigneten Kunststoff bestehen, beispielsweise dem mit Teflon bezeichneten Material.

An dem Stiftteil 21 ist eine Befestigungsplatte 27 angebrachte Diese entspricht dem Ring 4 in Fig» 1 und ist in der Oberfläche des Stiftteils 21 eingebettet. Gemäß Fig. 4 ist die Platte mit Hilfe eines Klebstoffüberzuges 28 festgelegt, der schichtenweise in den Buten 29 angeordnet ist» Mit Hilfe der Befestigungsplatte 27 kann der Verbinder in einem Schott oder einer anderen geeigneten Tragkonstruktion montiert werden■> Der Stiftteil 21 des Verbinders besitzt mehrere Kontaktstifte 31, deren rohrförmige Teile 32 sich von der hinteren Fläche eines Isolierblocks oder Körpers 33 erstrecken. Diese rohrförmigen Teile 32 nehmen die abisolierten Enden von elektrischen Zuleitungen 16 auf und sind an diesen Enden auf geeignete Weise befestigt, beispielsweise durch Löten bzw. Hartlöten«

Die Ausbildung und Form der Stifte ist in der in Figo 6 gezeigten Teildarstellung gezeigt. Der außerhalb des Blockes 33 befindliche rohrförmige Teil 32 eines Stiftes ist mit einem vollen Teil verbunden, der einen ringförmigen Bund 34 bildet, an den ein zylindrischer Teil 35 anschließt.. Dieser zylindrische Teil 35 führt in einen verjüngten oder hinterschnittenen Teil 36, dessen schmälster Durchmesser an einen zweiten Bund 37 anschließt. Der Bund 37 ist bei 38 im wesentlichen kegelstumpfförmig verjüngt und schließt an einen langgestreckten, allgemein zylindrischen Kontaktstlftteil 39 an,

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Gemäß Fig» 6 ist der auf die Befestigungsplatte 27 in deren Nuten 29 aufgetragene Klebstoffüberzug 28 auch auf dem Stift 31 vorgesehene

Der Überzug 28 ist auf der hinterschnittenen Fläche 36 des Verbinders vorgesehen und überlappt die auf entgegengesetzten Seiten der hinterschnittenen Fläche vorgesehenen Teile 35 und 37.

In einer praktischen Ausführungsform hatte der Überzug eine !Dicke von etwa 0,13 -0,15 mm und bestand er aus einem duroplastischen Harz. Das für den Überzug verwendete, duroplastische Harz bestand aus einem Phenolharz, das 6 $ Polyvinylchlorid enthielt.

Nach dem Auftragen des Überzuges auf die Stifte 31 werden die Stifte in eine Preßspritzform eingesetzt und in üblicher Weise mit einem Kunststoffkörper umpreßt„ Als Kunststoff verwendet man vorzugsweise ein glasfaserverstärktes Epoxydharz»

Da der Überzug 28 biegsam ist, kann er sowohl an der metallischen Substanz der Stifte 31 als auch an dem Kunststoff des Körpers 33 haften. Der Überzug nimmt die unterschiedliche Y/ärmedehnung der beiden verschiedenartigen Materialien auf, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.

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Der Kontaktteil 39 jedes Stiftes 31 des Stiftteils 21 ist von rohrförmigen Teilen 40 des Isoliermaterials des Blockes 33 ummanteltρ Diese rohrförmigen Teile 40 sind verjüngt oder im wesentlichen kegeistumpfförmig, so daß entsprechende rohrförmige Teile 41 des Buchsenteils 22 des Verbinders an ihnen angreifen können» In dem Stiftteil ist an einer abgesetzten Stelle ferner ein nicht ummantelter Stift 42 vorgesehen, der in eine entsprechende Buchse 43 eingreift und die richtige . Orientierung bzw. das richtige Fluchten der Stifte und Buchsen des Verbinders gewährleistete .

Der Buchsenteil 22 besitzt einenichtmetallische Hülse 44,die mit dem vorstehend genannten Innenflansch 26 versehen ist» An ihrem vorderen Ende besitzt die Hülse 44 einen Körper 45 aus Isoliermaterialο Die rohrförmigen Teile 41 bilden Teile dieses Körpers,, Dieser Körper 45 kann aus Gummi oder dergleichen bestehen und ist zweckmässig ZoB₀ mit Klebstoff in dem Vorderteil der Hülse 44 festgelegt«

Der Körper 45 besitzt Kontaktbuchsen 46, die in derselben tage zueinander angeordnet sind wie die Stifte 31. Jede Fassung 46 hat eine'n rückwärtsgerichteten, rohrförmigen Teil 47* in dem die abisolierten Enden von Zuleitungen 48 durch löten oder Aufkneifen des rohrförmigen Teils festgelegt sind. In einer Nut 50 der Hülse 44 ist ein Federring 49 angeordnet. Nach dem Aufsetzen der Kappe 23 wird der Federring 49 aussen auf die Hülse 44 aufgeschoben, so daß er die Kappe auf dem Buchsenteil 22

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Wenn gemäß Figo 5 die beiden Teile des Verbinders zusammengesetzt sind und die Kappe 23 fest auf den Stiftteil 21 aufgeschraubt ist, greifen die rohrförmigen Teile 40 und 41 ineinander und stehen die Stifte 31 und 42 mit den Buchsen 46 bzw. 43 in Berührung. Infolge des Klebstoffüberzuges 28 ist in dem Stiftteil eine gute hermetische Abdichtung vorhanden. Die elastischen Unterlegscheiben 24 bewirken eine wirksame Abdichtung zwischen den beiden Teilen des Yerbinders. Der Verbinder ist daher Unterschieden in den Umgebungsbedingungen gewachsen, ohne daß die Abdichtung zerstört wird.

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Claims

- 15 Patentansprüche

Κ Anordnung mit einem ersten Teil (1), der aus Isoliermaterial besteht, und 'einem zweiten Teil (2, 3)» der aus elektrisch leitendem Material besteht und in dem ersten Teil (1) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilen (1, 2, 3) in deren Berührungsbereichen ein Überzug (7) aus einem Dichtungsmaterial vorgesehen ist, der bei einer unterschiedlichen Dehnung und Schrumpfung der Teile eine hermetische Abdichtung zwischen ihnen aufrechterhalte .
2., Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (7) aus einem Phenolharz besteht, das 2-10 °ß> eines thermoplastischen Materials enthalte
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyl oder Polyvinylformal ist.- -
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der "überzug (7) aus einem fluorierten Elastomer besteht.
5. Anordnung nach Anspruch '4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial des ersten Teils (1) aus einem thermoplastischen Silikonharz besteht ο

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6. Anordnung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (7) eine Dicke von 0,05 - 0,20 mm hat„

7ο Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (2, 3) in seiner überzogenen Fläche einen Vorsprung (9) oder Einsprung (8) besitzt, damit die Weglänge der Zwischenfläche zwischen dem ersten und zweiten Teil effektiv verlängert wird.

8β Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (15) aus einem Einsatz in einer Platte (12) aus Isoliermaterial besteht und der zweite Teil (14) aus einem Stift, der den ersten Teil (15) durchsetzt»

ο Verfahren zum Herstellen einer hermetischen Abdichtung in einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil mit Dichtungsmaterial überzogen und dann mit dem ersten Teil umpreßt wird.

Oo Verfahren zum Herstellen einer hermetischen Abdichtung in einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug zuerst auf den zweiten Teil oder die Wandung einer Ausnehmung in dem ersten Teil aufgetragen una danach der zweite Teil in die Ausnehmung des ersten Teils eingesetzt 'wird.

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