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Fluiddichte Kabeldurchführung für elektrische Leiter, hauptsächlich zur Anwendung für Gaszähler, sowie für weitere Anwendungen, bei welchen eine fluiddichte Durchführung von elektrischen Leitern erforderlich ist.
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Es ist bereits eine Vielzahl von gasdichten Kabeldurchführungen bekannt. So beschreibt die
DE 6607894 U eine gasdichte Durchführung eines abgeschirmten Leiters durch eine metallische Wand, wobei ein Durchführungsisolator als Doppeldruckglaseinschmelzung mit einem zentralen Leiter und einem diesem koaxial umgebenden, als Abschirmung wirkenden Rohr ausgebildet ist, welches aus einem keramischen, auf der Außenseite metallisierten Rohr besteht.
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Weiterhin beschreibt die
CH 552 883 A eine gasdichte, elektrisch isolierende Durchführung für elektrische Leiter mit einem Durchführungskörper, in welchem eine teilweise aus Glas bestehende Trennwand angeordnet ist, in der die durchgeführten Elemente vollständig von Glas umschlossen sind, wobei der Durchführungskörper aus Leichtmetall besteht und die Trennwand ein aus einem von flüssigem Glas benetzbaren Metall bestehendes Zwischenstück aufweist, welches das Glas der Trennwand mit dem Durchführungskörper verbindet.
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Die
DE 10 2007 044 348 A1 beschreibt eine Anordnung zur gasdichten Durchführung mindestens eines elektrischen Leiters, insbesondere der Anschlussenden eines Anschlusskabels zu einem in einem Sensorgehäuse angeordneten Sensorelement eines Gassensors, wobei ein Dichtungskörper mindestens ein den elektrischen Leiter umgebendes Durchgangsloch aufweist. Für eine zuverlässige und hochtemperaturfeste Dichtung zwischen Dichtungskörper und hindurchgeführtem elektrischen Leiter besteht der Dichtungskörper aus einer Keramikplatte und ist der elektrische Leiter ein blanken Leiterdraht, wobei der zwischen der Lochwand des Durchgangslochs in der Keramikplatte und dem Leiterdraht vorhandene Ringspalt mit einem Silberverschluss ausgefüllt ist.
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Die genannten Lösungen besitzen jeweils den Nachteil, dass neben einem Gehäuse der Durchführung und den durchzuführenden elektrischen Leitern zumindest ein weiteres Bauteil sowie Verfüll- oder Dichtungsmaterial zur Anwendung kommt, durch welches die Fluiddichtheit erst erzeugt wird. Somit bestehen die jeweiligen fluiddichten Kabeldurchführungen aus einer Vielzahl von Teilen, welche nur mit einem erhöhten Aufwand montiert sowie gefertigt werden können. Dies ist technologisch aufwändig. Durch die Vielzahl der Teile sind die Kabeldurchführungen außerdem anfälliger gegen Undichtheit, da mehr als eine Grenzfläche zwischen den Bauteilen pro Durchführung vorhanden ist. Zudem besteht wegen der großen Anzahl an Funktionselementen eine größere Fehleranfälligkeit.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine fluiddichte Kabeldurchführung zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile beseitigt und die erforderliche Gasdichtheit zuverlässig sicherstellt und somit als eine unter anderem auch in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbare Kabeldurchführung geeignet ist und zudem eine kostengünstige Massenfertigung durch einen minimierten Fertigungsaufwand ermöglicht.
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Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, dass eine fluiddichte Kabeldurchführung für einen, zwei oder mehr elektrische Leiter durch eine Wand, geschaffen wird, wobei der elektrische Leiter zumindest bereichsweise mit oder ohne Isolation unmittelbar in die Kabeldurchführung eingebettet ist, wobei die Kabeldurchführung aus einem Kunststoff oder Kunststoffgemisch besteht. Hierdurch wird erreicht, dass die gesamte Kabeldurchführung aus nur einem Teil besteht und der elektrische Leiter unmittelbar ohne weitere Verfüll- oder Dichtungsmaterialien im verwendeten Kunststoff oder Kunststoffgemisch eingebettet ist. Dieses Einbetten erfolgt während der Formgebung des Kunststoffs oder Kunststoffgemischs. Somit vereinfacht sich der Herstellungsprozess und die Dichtheit ist sichergestellt. Die fluiddichte Kabeldurchführung ist gleichermaßen für Gase wie Flüssigkeiten einsetzbar, wobei der einzusetzende Kunststoff oder das Kunststoffgemisch sowie der elektrische Leiter und dessen Isolationswerkstoff ausgehend vom jeweiligen Fluid zu wählen sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 dargestellt.
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Die Kabeldurchführung erfährt eine Weiterbildung nach Anspruch 2, indem die Kabeldurchführung um den elektrischen Leiter gespritzt oder gepresst ist. Somit wird erreicht, dass der Kunststoff oder das Kunststoffgemisch zuverlässig an und um die jeweiligen Leiter gebracht wird und die dadurch gebildete Kabeldurchführung insbesondere an den Leitern fluiddicht wird. Insbesondere bei Einsatz von Litzen ist es notwendig, dass der Kunststoff oder das Kunststoffgemisch in alle Zwischenräume zwischen den die Litze bildenden Einzeldrähte eindringt und diese Einzeldrähte umgibt und dadurch Lufteinschlüsse verhindert werden um die Dichtheit zu gewährleisten.
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Mit der Weiterbildung nach Anspruch 3 ist der elektrische Leiter vorteilhaft vollständig ohne Isolation, abschnittweise ohne Isolation und/oder vollständig mit Isolation in die Kabeldurchführung eingebettet. Hierdurch lassen sich je nach Anwendungsfall elektrische Schutzmaßnahmen umsetzen ohne die Zuverlässigkeit der Kabeldurchführung zu beeinträchtigen. Insbesondere bei Isolationen auf elektrischen Leitern, welche die Dichtheit zwischen Leiter und Isolation nicht gewährleisten, ist die abschnittweise Unterbrechung oder Entfernung der Isolation erforderlich.
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Nach Anspruch 4 ist es vorteilhaft, dass der elektrische Leiter zumindest zweiteilig ausgeführt ist, wobei zwischen den Leiterabschnitten eine elektrische Verbindungsstelle besteht und die Verbindungsstelle in der Kabeldurchführung angeordnet ist. Hierdurch können unterschiedliche Leitertypen, wie Litze und Draht einfach, zuverlässig und fluiddicht miteinander kombiniert werden. Beim alleinigen Einsatz von Litzen sind diese durch ihren Aufbau aus vielen Einzeldrähten sehr schwer abzudichten. Die vorgeschlagene Ausführung dichtet deshalb Vorteilhafterweise an der Verbindungsstelle und oder am nachfolgenden Leiterabschnitt, der auch als Draht ausgeführt sein kann. Damit lassen sich die elektrischen Leiter individuell jeweils an die gegebenen und notwendigen elektrischen und mechanischen Verhältnisse innerhalb und außerhalb des Gehäuses auf einfache Art und Weise anpassen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass damit auf einen technologisch aufwendigen Teilabzug der Isolierung in der Mitte des Leiters, wie es 1 zeigt, verzichtet werden kann.
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Vorteilhaft nach Anspruch 5 ist der elektrische Leiter von dem Kunststoff oder Kunststoffgemisch formschlüssig und/oder kraftschlüssig umgeben. Hierdurch wird eine die Dichtheit begünstigende Lagesicherung verwirklicht. Somit lässt sich der elektrische Leiter in der Kabeldurchführung weder in dessen Längsrichtung verschieben noch um seine Längsachse verdrehen.
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Nach Anspruch 6 ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Leiter als Draht, Metallstab oder Litze ausgeführt ist, wodurch die Kabeldurchführung unabhängig von der Ausführung des elektrischen Leiters ist. Insbesondere bei Litzen ist für die Dichtheit hinsichtlich der vollständigen Einbettung des Leiters in den Kunststoff oder des Kunststoffgemisches der Kabeldurchführung eine abschnittsweise Entfernung der Isolation innerhalb der Kabeldurchführung notwendig.
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Vorteilhaft nach Anspruch 7 sind bei Litze die Einzeldrähte der Litze vereinzelt oder aufgefächert. Hierdurch wird eine Erhöhung der Dichtheit erreicht, da die Einzeldrähte der Litze besser vom Kunststoff umflossen werden. Hierfür sind die Einzeldrähte der Litze während des Umspritzens aufgefächert und verbleiben so im Kunststoff oder Kunststoffgemisch.
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Bei der Weiterbildung nach Anspruch 8 ist Vorteilhafterweise die Oberfläche des Drahtes strukturiert ausgebildet. Durch eine feine Strukturierung der Oberfläche wird die Dichtwirkung sowie die Lagerstabilität erhöht, da der Kunststoff den elektrischen Leiter mit einem zusätzlichen, verstärkten Formschluss umgibt, indem der Kunststoff oder das Kunststoffgemisch in die Strukturierung dringt.
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Vorteilhaft besitzt nach Anspruch 9 die Kabeldurchführung zumindest annähernd die Form einer Schraube. Hierdurch lässt sich die Kabeldurchführung einfach und zuverlässig in der Wand anordnen und durch Einschrauben befestigen.
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Mit der Weiterbildung nach Anspruch 10 besitzt der Schraubenschaft Vorteilhafterweise einen runden und/oder eckigen Querschnitt, wobei der Schraubenschaft in Längsrichtung zumindest abschnittsweise einen gleichmäßigen und/oder konischen Verlauf aufweist und auf dem Schraubenschaft zusätzliche selbstsperrende Rastelemente vorhanden sind. Hierdurch wird eine einfache und zugleich wirksame Befestigungsform der Kabeldurchführung in der Wand geschaffen, welche ohne zusätzliche Hilfsmittel montierbar ist und zugleich den notwenigen Gegendruck zum Zusammenpressen des Dichtelementes erzeugt.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer Kabeldurchführung mit elektrischen Leitern mit unterbrochener Isolation montiert in einer Wand,
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2 eine räumliche Schnittdarstellung einer Kabeldurchführung mit elektrischen Leitern mit unterbrochener Isolation,
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3 eine Schnittdarstellung einer Kabeldurchführung mit elektrischen Leitern mit durchgehender Isolation,
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4 eine räumliche Darstellung einer Kabeldurchführung in Form einer Schraube mit Gewinde und mit elektrischen Leitern,
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5 eine räumliche Schnittdarstellung einer Kabeldurchführung mit elektrischen Leitern als Litze,
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6 eine räumliche Darstellung einer Kabeldurchführung in Form einer Schraube mit Rastelementen und mit elektrischen Leitern,
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7 eine räumliche Darstellung einer Kabeldurchführung in Form einer Schraube mit Rastelementen und mit elektrischen Leitern, eingesetzt in einer Wand und
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8 eine Schnittdarstellung einer Kabeldurchführung mit einem zweigeteilten elektrischen Leiter mit Verbindungsstelle innerhalb der Kabeldurchführung.
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Die erfindungsgemäße fluiddichte Kabeldurchführung 1 für einen, zwei oder mehrere elektrische Leiter 2 durch eine Wand 5 besteht aus einem Kunststoff oder Kunststoffgemisch. In den Kunststoff oder das Kunststoffgemisch der Kabeldurchführung 1 ist der elektrische Leiter 2 zumindest bereichsweise mit oder ohne Isolation (3) unmittelbar eingebettet. Die Kabeldurchführung 1 ist, je nach Wahl des Kunststoffes oder des Kunststoffgemisches, gespritzt oder gepresst ausgeführt. Vorgesehen ist der Einsatz von thermoplastischen Werkstoffen, wobei auch duroplastische Werkstoffe möglich sind. Ebenso lassen sich verstärkte Kunststoffe oder mit thermisch stabilen Füllstoffen versetzte Kunststoffe unter Verwendung eines geeigneten Presswerkzeuges einsetzen. Insbesondere beim Einsatz von nichtisolierten elektrischen Leitern 2 oder temperaturunempfindlichen Isolationen ist ein kombiniertes Pressen der Kabeldurchführung 1 mit in die Pressform eingelegtem elektrischem Leiter möglich. Durch das jeweilige Herstellungsverfahren wird ein Formschluss zwischen elektrischem Leiter 2 und der Kabeldurchführung 1 erreicht. Dadurch wird die für die Dichtheit notwendige Lagesicherung des elektrischen Leiters 2 erreicht, welcher unbeweglich in der Kabeldurchführung 1 eingebettet ist.
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Als elektrischer Leiter 2 sind Drähte, Litze oder Metallstäbe als Kontaktstäbe vorgesehen. Insbesondere bei Litze ergeben sich Besonderheiten hinsichtlich der Gewährleistung der Dichtheit.
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Wie in den 1, 2, 3 und 5 dargestellt, ist der elektrische Leiter 2 mit einer Isolation 3 versehen. Die Isolation 3 reicht, wie in den 1, 2 und 5 dargestellt, bis in die Kabeldurchführung 1 hinein und ist mit in dem Kunststoff oder Kunststoffgemisch eingebettet bzw. eingespritzt. Innerhalb der Kabeldurchführung 1 ist die Isolation 3 jedoch unterbrochen, wodurch bei ungünstigen Verhältnissen zwischen elektrischem Leiter 2 und Isolation 3 und insbesondere bei Litze, aber auch bei Drähten oder metallischen Stiften die Dichtheit gewährleistet wird. So wird bei Litze die Dichtheit erreicht, indem die Litze um den blanken Bereich 6 durch Verdrehen entgegen der Verdrillrichtung, wie in 5 dargestellt, aufgespreizt ist, wodurch sich die Einzeldrähte der Litze soweit voneinander beabstanden, dass der Kunststoff zuverlässig in die Zwischenräume der Einzeldrähte gelangen kann. Dabei besitzen die Einzeldrähte jedoch noch einen ausreichenden Abstand zum jeweils benachbarten elektrischen Leiter 2 zur Vermeidung eines Kurzschlusses. Durch das Aufspreizen der Einzeldrähte der Litze werden diese zuverlässig mit Kunststoff umgeben und die Dichtheit wird erreicht.
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Die 3 zeigt die Kabeldurchführung 1 mit durchgehend isolierten elektrischen Leitern 2. Die elektrischen Leiter 2 besitzen hierbei eine notwendigerweise fluiddicht anliegende Isolation 3.
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Wie in 1 dargestellt, kann die Oberfläche des elektrischen Leiters 2 auch strukturiert sein. Die Struktur ermöglicht eine verbesserte formschlüssige und kraftschlüssige Verbindung zwischen Kunststoff oder Kunststoffgemisch und elektrischem Leiter, wodurch neben der Lagestabilität auch die Dichtheit verbessert wird.
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Die 4 zeigt beispielhaft eine Kabeldurchführung 1 in Form einer Schraube, in welcher elektrische Leiter 2 ohne Isolation 3 eingebettet, also vom Kunststoff oder Koststoffgemisch umgeben sind. Der Schraubenschaft 8 besitzt hierbei ein Gewinde. Dieser einfache Aufbau ermöglicht eine einfache Herstellung, da auf die die Isolation berücksichtigende Maßnahmen verzichtet werden kann.
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Eine konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kabeldurchführung 1 ist in Form einer Schraube mit Schraubenkopf 11 und Schraubenschaft 8 ausgebildet und in der 1 dargestellt. Die elektrischen Leiter 2 sind jeweils parallel zur Längsachse der Kabeldurchführung 1 im Kunststoff eingebettet. Die Kabeldurchführung 1 ist durch eine Wand 5 beispielsweise eines Gehäuses geführt und mit einer Befestigungsmutter 6 fixiert. Zwischen dem schraubenkopfseitigen Ende der Kabeldurchführung 1 und der Wand 5 ist ein Dichtungsring als Dichtelement 4 eingesetzt, welches die Trennfläche zwischen Kabeldurchführung 1 und der Wand 5 abdichtet.
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Bei einer weiteren, in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsform, besitzt die Kabeldurchführung 1 ebenfalls die Form einer Schraube, wobei der Schraubenschaft 8 statt des Gewindes 9 als selbstsperrende Rastelemente 10 widerhakenförmige Ausformungen besitzt. Somit ist es möglich, wie in 7 dargestellt, die Kabeldurchführung 1 mit einem Dichtelement 4 am Schraubenkopf 11 in die Öffnung der Wand 5 einzusetzen und durch die Rastelemente 10 gegen die Außenseite der Wand 5 zum Erreichen der Dichtheit zu pressen und damit gegen ein willkürliches Lösen zuverlässig zu sichern. Neben dem kreisrunden Querschnitt einer Schraube sind auch andere Querschnitte möglich, wobei die Anforderungen an die Dichtheit zu berücksichtigen sind.
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Der nicht dargestellte konische Verlauf des Schraubenschaftes 8 befindet sich jeweils vorzugsweise im Bereich des schraubkopfartigen Endes der Kabeldurchführung 1. Dabei verjüngt sich der Schraubenschaft 8 vom schraubkopfartigen Ende hin zu dem Abschnitt des Schraubenschaftes, welcher mit einem gleichmäßigen Verlauf das Gewinde oder die selbstsperrende Rastelemente 10 aufweist.
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Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Leiter 2 zweiteilig ausgeführt. Einer der Leiterabschnitte 13b ist hierbei beispielsweise eine Litze, welche mit dem anderen Leiterabschnitt 13a, welcher beispielsweise ein massiver Draht ist, verlötet oder mittels einer Quetschverbindung elektrisch verbunden ist. Diese damit gebildete elektrische Verbindungsstelle 12 ist in der Kabeldurchführung 1 angeordnet und vollständig vom Kunststoff umschlossen. Die Leiterabschnitte 13a, 13b sind innerhalb des Kunststoffes noch über den Bereich der elektrischen Verbindungsstelle 12 hinaus abisoliert. Somit wird die notwendige Fluiddichtheit erreicht, da insbesondere der Draht zwischen der elektrischen Verbindungsstelle 12 und der Isolation 3 vollständig vom Kunststoff umschlossen ist. Aufwändige Vorbereitungen an der Litze zur Gewährleistung des vollständigen Umschließens der Litze mit dem Kunststoff können hierbei entfallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kabeldurchführung
- 2
- elektrischer Leiter
- 3
- Isolation
- 4
- Dichtelement
- 5
- Wand
- 6
- Befestigungsmutter
- 7
- blanker Bereich
- 8
- Schraubenschaft
- 9
- Gewinde
- 10
- Rastelement
- 11
- Schraubenkopf
- 12
- elektrische Verbindungsstelle
- 13a
- Leiterabschnitt
- 13b
- Leiterabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 6607894 U [0002]
- CH 552883 A [0003]
- DE 102007044348 A1 [0004]
