DE2651703A1

DE2651703A1 - Kabeldurchfuehrung mit manschette, dielektrischem koerper und leiter

Info

Publication number: DE2651703A1
Application number: DE19762651703
Authority: DE
Inventors: David Roger Evans
Original assignee: Sealectro Corp
Current assignee: Sealectro Corp
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1977-05-18
Also published as: CA1075785A; CH613818A5; DE2651703C2; SE416087B; FR2331869A1; GB1537474A; SE7612601L; FR2331869B1; US4108529A; JPS5284487A; IT1064316B

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

PATENTANWALtE

DR.-ING. RICHARD GLAWE, MÖNCHEN DIPL-ING. KLAUS DELFS. HAMBURG DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG

8 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05

MÜNCHEN A 67

2 HAMBURG13 POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58 TEL. (040)410 20 08 TELEX 21 29 21

SEAXECTRO LIMITED
Portsmouth, Hampshire, P06 1TB, England

iL'ab eldur chf ührung
mit Manschette, dielektrischem Körper und Leiter

Die Erfindung bezieht sich auf Kabeldurchführungen und
insbesondere auf elektrische Verbindungsteile, in denen derartige Kabeldurchführungen eingebaut sind.

Die Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Kabeldurchführung mit einer leitenden Manschette, einem innerhalb der Manschette angeordneten Leiter und einem um den Leiter herum angeordneten dielektrischen Körper, der

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einen Zwischenraum zwischen dem Leiter und der Manschette bildet und den Leiter von der Manschette elektrisch isoliert.

Die Figuren 1a und Ib zeigen jeweils im Querschnitt, in Quer- und Längsrichtung, eine Kabeldurchführung, die die G-rundmerkmale in einer besonderen Ausführungsform aufweist, nämlich das einer koaxialen Kabeldurchführung, die in ein koaxiales Verbindungsteil eingebaut werden kann und die eine kreisförmige zylindrische Manschette 1 und einen sich axial innerhalb der Manschette erstreckenden Leiter 3 aufweist, der mittels eines dielektrischen Körpers 2 von ringförmigem Querschnitt fixiert wird. Der Leiter 3 kann, wie es im Längsquerschnitt nach Fig. 1b dargestellt ist, sich über die beiden Enden des dielektrischen Körpers 2 hinaus erstrecken, um eine Verbindung mit entsprechenden komplementären Verbindungselementen zu ermöglichen und z.B. ein koaxiales Verbindungsteil zu bilden.

Die Figuren 1 zeigen nur die Grundform der koaxialen Kabeldurchführung, und es sind viele Anpassungen und Veränderungen bekannt, je nach dem besonderen Zweck, für den die Kabeldurchführung benötigt wird. Z.B. kann die Kabeldurchfüh-

(bulkhead connector) rung als ein Irennwandverbindungsteil/verwendet werden, um Gleich-, Wechsel- oder anders periodische Spannungen und Ströme zwischen zwei übertragungs- oder anderen elektrischen Vorrichtungen zu übertragen, die entweder durch eine Trenn-

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wand getrennt sind oder nicht. Alternativ dazu kann die Kabeldurchführung als ein auf einem Kabel montiertes Verbindungsteil zur Verbindung eines Übertragungskabeis mit einem anderen oder mit einem elektrischen Gerät verwendet werden.

Vorzugsweise soll der dielektrische Körper gegenüber der Manschette und dem Leiter hermetisch abgeschlossen sein. Die bekannten Techniken zur Herstellung solcher hermetisch abgeschlossenen Verbindungsteile weisen den Nachteil auf, daß die für eine hermetische Abdichtung verwendeten Mittel die wirksame Übertragung von Wechsel-Strom und -Spannung beeinträchtigen. Diese Beeinträchtigung entsteht auf Grund der physikalischen Eigenschaften der üblicherweise als Dielektrikum verwendeten Gläser. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, daß hermetisch abgeschlossene Kabeldurchführungen innerhalb der geometrischen Formen von Verbindungsvorrichtungen eingepaßt werden sollen, die durch nationale und internationale Vorschriften oder Spezifikationen gut eingeführt sind. Um eine hermetisch abgedichtete Zone innerhalb der vorhandenen geometrischen G-renzen einzuführen, die fast ausschließlich auf der Verwendung von dielektrischen Materialien, wie etwa PiDI¹E (Polytetrafluoräthylen), mit einer Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 2,02 beruhen, wurden Gläser verwendet, die eine Dielektrizitätskonstante zwischen 5 und 10 aufweisen. Unter solchen Bedingungen ist es praktisch unmöglich, die Impedanz dieser Zone an die der übrigen Kabeldurchführung anzupassen.

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Beim heutigen Stand der Technik muß der Mittelleiter (der hermetischen Zone) im Durchmesser sehr klein gemacht werden und aus Materialien bestehen, die für eine Umwandlung in Stecker und Steckbuchse nicht geeignet sind. Es müssen deshalb üblicherweise geeignete Materialien an den Mittelleiter auf beiden Seiten der hermetischen Zone angesetzt werden, wobei sich daraus im Hinblick auf die Kosten und eine Qualitätskontrolle Probleme ergeben. -Auch das Glasmaterial muß in seinen thermischen Expansionskenndaten an die Materialien der Außenmanschette angepaßt werden. Dies begrenzt die Auswahl des Materials für die Außenmanschette in einem Maße, wie es normalerweise nicht akzeptiert werden kann im Hinblick auf die physikalischen Kenndaten, wie etwa die Bearbeitbarkeit, die Inkompatibilität mit G-renzschichtmaterialien, leitfähigkeit, Oxydationsbeständigkeit.

Die Erfindung sieht eine elektrische Kabeldurchführung mit einer leitenden Manschette und einem innerhalb der Manschette angeordneten dielektrischen Körper vor, der einen Leiter trägt, der sich im Abstand zur Manschette befindet und durch den dielektrischen Körper von der Manschette elektrisch isoliert ist, wobei ein Teil des dielektrischen Körpers physikalisch deformierbar ist und er so eine hermetische Abdichtung mit der Manschette und/oder dem Leiter darstellt.

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Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Kabeldurchführung vorgesehen, das die Verfahreneschritte aufweist: Anordnen eines einen Leiter tragenden dielektrischen Körpers innerhalb einer leitenden Manschette, so daß der Leiter sich im Abstand zur Manschette befindet und durch den dielektrischen Körper von der Manschette elektrisch isoliert wird, und Deformieren eines Teils des dielektrischen Körpers, um eine hermetische Abdichtung mit der Manschette und/oder dem Leiter zu bewirken.

In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "hermetische Abdichtung" eine Differenzdruckdichtung und ist an sich nicht auf ein bestimmtes Verfahren zur Herstellung begrenzt.

Vorzugsweise ist die Manschette zylindrisch, erstreckt sich der Leiter axial innerhalb der Manschette und ist der koaxial innerhalb der Manschette und um den Leiter herum angeordnete dielektrische Körper in Querrichtung ringförmig und am einen Ende mit einem radial sich erstreckenden Flansch versehen.

An der Stelle, an der das Dielektrikum hermetisch mit der Manschette abgedichtet ist, kann die Deformation durch eine Teilscherung an einem Randbereich des sich nach außen erstreckenden Teils des Flansches gegen eine Kante eines abgestuften Abschnitts auf der Innenfläche eines äußeren Teiles der Manschette bewirkt werden. Diese Scherung kann dadurch

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do

bewirkt werden, daß der Randbereich beim Zusammenbau des Verbindungsteiles zwischen dem abgestuften Abschnitt des äußeren Teiles der Manschette und einem dazu komplementär abgestuften Abschnitt auf dem inneren Teil der innerhalb des äußeren Teiles verschiebbar angeordneten Manschette eingeschlossen wird und die beiden abgestuften Abschnitte gegeneinander gedrückt v/erden. Dadurch wird eine Scherabdichtung erzeugt und es ergibt sich die oben erwähnte hermetische Abdichtung.

Andererseits kann an der Stelle, an der das Dielektrikum mit dem Leiter hermetisch abgedichtet ist, ein nach innen vorspringender Teil des Flansches deformiert werden, wenn beim Zusammenbau der Leiter durch eine Mittelöffnung im Flansch eingeführt wird. Dabei weist die Öffnung im undeformierten Zustand eine kleinere Abmessung auf als die des Leiterquerschnittes.

Vorzugsweise ist das Dielektrikum sowohl mit der Manschette als auch mit dem Leiter hermetisch abgedichtet.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b jeweils im Querschnitt, in Quer- und Längsrichtung, die bekannten G-rundmerkmale einer koaxialen Kabeldurchführung ,

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Pig. 2 im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Kabeldurchführung, bei der die Deformation des Teiles des dielektrischen Körpers der Klarheit wegen nicht dargestellt ist,

Pig. 3 eine detaillierte Ansicht eines Teils der Kabeldurchführung nach Pig. 2, an dem eine hermetische Abdichtung durch Deformation erzeugt wird,

Fig. 4a und 4b eine andere Ausführungsform für den Mittelleiter der Kabeldurchführung nach Pig. 2 und die Art, in der eine hermetische Abdichtung erzielt wird, und

Pig. 5 eine detaillierte Ansicht einer möglichen Alternative der Deformation gegenüber der in Pig. 2 dargestellten.

Die bekannte Grundform einer koaxialen Kabeldurchführung ist in Pig. 1 dargestellt und weist eine Manschette 1, einen dielektrischen Körper'2 und einen Leiter 3 auf. In den übrigen Zeichnungen sind dazu gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Nach Pig. 2 weist die Manschette 1 einen äußeren zylindrischen Teil 4 und einen inneren zylindrischen Teil 5 auf, der koaxial innerhalb des äußeren Teiles, im Bereich von dessen einen Ende, eingepaßt ist. Der äußere Teil 4 weist einen abgestuften Abschnitt 6 an seiner Innenfläche auf, die eine Um-

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fangskante 7 darstellt, und wirkt mit einer Stufe 8 zusammen, die am üußenumfang des inneren Endes des inneren Teiles 5 ausgebildet ist. Der dielektrische Körper 2 weist innerhalb der Manschette 1 einen ringförmigen Körper 9 mit einem an seinem inneren Ende einstückig ausgebildeten Querflansch 10 auf. Dieser Plansch 10 weist einen äußeren Ringteil 11 und einen inneren Ringteil 12 auf, die jeweils gegenüber dem rohrförmigen Körper 9 nach außen oder innen vorspringen. Der innere Ringteil 12 bildet eine mittlere Kreisöffnung 13, durch die der Leiter 3 vorspringt. Der Leiter 3 weist in dieser Ausführungsform eine ringförmige Einkerbung 14 auf, die zwischen zwei Ringschultern 16 und 17 ausgebildet ist und deren innere zylindrische Fläche einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Anfangsdurchmesser der Öffnung 13 vor dem Zusammenbau der Vorrichtung.

Bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 4 näher dargestellt ist, weist der Leiter 3 keine Nut auf, sondern es ist eine ringförmige Schulter 17 zwischen einem einen größeren Durchmesser aufweisenden Teil 19 und einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Teil 20 ausgebildet, wobei der Durchmesser a des Teiles 20 größer ist als der Durchmesser b der Öffnung 13. Fig· 4b zeigt den inneren Ringteil 12 des Flansches 10 in seinem ursprünglichen, undeformierten Zustand vor der Einführung des Leiters 3·

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Bei der vollständig zusammengebauten Kabeldurchführung ist innerhalb der Manschette 1 ein weiterer rohrförmiger Körper aus dielektrischem Material angeordnet und stößt gegen den Flansch 10 des Körpers 9> um den dielektrischen Körper 2 abzuschließen. Dieser weitere Körper 15 kann aus demselben Material wie der zuerst erwähnte Körper 9 sein und dient dem Zweck, die Deformation des inneren Seils 12 des Flansches beim Zusammenbau zu unterstützen, wie es im nachfolgenden beschrieben wird.

Die radiale Trennung zwischen den Manschettenteilen, den dielektrischen Körpern und dem Leiter ist natürlich bei den dargestellten Ausführungsformen in den verschiedenen Qugrschnittsansichten, wie z.B. in Fig. 2, übertrieben dargestellt, um mit Leichtigkeit die verschiedenen Teile der Kabeldurchführung identifizieren zu können. Selbstverständlich liegen diese Teile tatsächlich eng aneinander an und bilden eine kompakte Einheit.

Beim Zusammenbau der Kabeldurchführung werden der äußere und innere Ringteil des Flansches 10 gegen die Manschette und den Leiter hin verformt und bilden hermetische Abdichtungen, wie es im nachfolgenden beschrieben wird.

Der innere Teil 5 der Manschette 1 wird in Richtung des Pfeiles B in Fig. 2 nach innen gedrückt und der äußere Ring-

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teil 11 wird zwischen der Stufe 8 und dem abgestuften Abschnitt 6 eingeschlossen, gegen die bearbeitete Kante 7 gedrückt und durch teilweises Scheren un die Linie A-A herum, wie es in der vergrößerten Ansicht nach Tig. 3 dargestellt ist, deformiert. So wird zwischen dem Flansch 10 und den Man schet teilte ilen 4 und 5 eine ringförmige Scherdichtung gebildet. Pig. 2 zeigt den Außenteil 11 des Flansches 10 im undeformierten Zustand.

Wenn der Leiter 5 in den rohrförmigen Körper 9 in Richtung des Pfeiles B in Fig. 2 eingeführt wird, wird der innere P.ingteil 12 des Flansches 10 so deformiert, wie es am besten in Fig. 4 dargestellt ist. Dies geschieht auf G-rund der verschiedenen Durchmesser des Leiters 3 und der Öffnung 13.

Wenn der dielektrische Körper 15 dann auf den Leiter in Richtung des Pfeiles C in Fig. 2 und gegen den Flansch 10 aufgedrückt wird, wird der deformierte Bereich des inneren Eingteils 12 in der unmittelbaren Hachbarschaft des Leiters 3 zurückgebogen. Bei der Darstellung nach Fig. 2 springt dieser deformierte Bereich in die Einkerbung 14 zurück, wo er zwischen den beiden, die Einkerbung bildenden Ringflächen 16 und 17 beschränkt wird und eine bogenförmige ü-estalt annimmt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Fig. 5 zeigt eine dazu verschiedene Endform für den zurückgesprungenen deformierten Bereich, bei dem die Innenfläche 18, die ursprünglicherweise

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die Öffnung 13 bildet, gegen den Leiter angepreßt ist. In beiden Fällen verursacht die Deformation des Teils 12 eine Druckbeanspruchung des Materials und übt einen radialen Druck auf die innere zylindrische Umfangsflache der Einkerbung aus, um die gewünschte hermetische Abdichtung zu liefern. Der Klarheit wegen ist in der Ansicht nach Fig. 5 nur der Flanschteil 10 des rohrförmigen dielektrischen Körpers 9 dargestellt. An den Stellen, an denen wie in den Fig. 2 und 5 der innere deformierte Bereich in eine Einkerbung im leiter eingreift, dient die so erzeugte Dichtung dazu, den Leiter genau innerhalb des dielektrischen Körpers festzulegen und eine relative axiale Verschiebung zu verhindern.

Wenn der Leiter keine Einkerbung aufweist, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, kann eine ausreichende hermetische Abdichtung noch dadurch hergestellt werden, daß der deformierte Bereich des inneren Ringteils 12 in ähnlicher Weise zurückgebogen wird, wie es oben beschrieben wurde, um eine Konfiguration zu erhalten, bei der der innere Ringteil 12 gegen die äußere Zylinderflache des den kleineren Durchmesser aufweisenden Teils des Leiters gepreßt wird. Dabei wird jedoch nicht im selben Maße wie bei der in Fig. 2 und 5 dargestellten Ausführungsform die relative axiale Verschiebung verhindert.

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Bei allen Ausführungsformen dient die Schulter 17 dazu, das Zurückschnellen oder Zurückbiegen des inneren deformierten Bereichs des inneren Ringteils 12 zu begrenzen. In den Fällen, in denen, wie in Fig. 2 dargestellt ist, dieser Bereich eine bogenförmige Gestalt annimmt, kann diese Schulter als Schrägfläche der Einkerbung 14 ausgebildet sein. Darüber hinaus kann, wie es in Fig. 2 durch gestrichelte Linien dargestellt ist, die Breite der Einkerbung 14 in axialer Richtung vergrößert werden, um eine Ausdehnung des Flanschmaterials zu ermöglichen.

Der dielektrische Körper besteht aus deformierbarem Material, wie es üblicherweise bei der Herstellung von koaxialen Kabeldurchführungen verwendet wird, wie etwa PTFE (Polytetrafluoräthylen), und die geometrischen Abmessungen der Kabeldurchführung können so beschaffen sein, daß sie wirksam Gleich-, Wechsel- oder anders periodische Spannungen oder Ströme übertragen können.

Die oben beschriebenen Kabeldurchführungen können in jeder einer großen Anzahl von elektrischen Verbindungsanordnungen eingebaut werden, wie etwa in ein Koaxialverbindungsteil oder eine Koaxialkupplung.

Die Kabeldurchführung kann z.B. fixiert und hermetisch abgedichtet sein innerhalb eines Kabeldurchführungsgehäuses, in-

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dem ein Verfahren verwendet wird, das in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung mit der Priorität der britischen Patentanmeldung Nr. 47072/75 beschrieben wird. Dieses arbeitet mit Verformung eines äußeren Randbereiches eines ringförmigen Flansches, der von einer äußeren leitenden Manschette eines dort als hermetisch abgeschlossene Baueinheit bezeichneten Teils radial nach außen vorspringt, wobei dieses die oben beschriebene Kabeldurchführung darstellen kann. Der Flansch kann dabei einstückig mit der Manschette oder als ein getrenntes Ringelement ausgebildet sein, umschließt jedoch in beiden Fällen die Manschette und wird, z. B. durch Teilscherung, gegen einen abgestuften Abschnitt einer Innenfläche des Kabeldurchführungsgehäuses deformiert. Falls der Flansch von der Manschette getrennt ist, wird er auch gegen einen abgestuften Abschnitt auf der Außenfläche der Manschette deformiert, und falls er einstückig mit der Manschette ausgebildet ist, wird er auch gegen einen abgestuften Abschnitt am Ende einer Montagebuchse deformiert, die innerhalb des Kabeldurchführungsgehäuses verschiebbar ist.

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Leerseife

Claims

P a t e η ι a η s ρ r α c α e

\^1>/ -LabeIcturchxutiran., rait eine., leitenden i^atiyc nette im·:; einem innerhalb der itanachette angeordneten 6.!elektrischen iC.rpei.*, iie -. einen, sicii i -.ago üe .· Manschette erstreckenden. Leiter ti"^;;t, wobei äe;.· jjeiuer (j) uiuh i-a Abat-imc. sur iuati- ;;caette (4, 5) be.Cinüet unci durct den dielektrischen. :.-'.-Jrpei; (¹J, 13) von. aer jtuan.3c.i6 tte (4, ^) eiel^ariuCu isoliert ist, aaüurch - ..-■ e k c η ti ί e i c h η e t , äa^:-> ein Teil üeri Giele-iTüriGohcti ^ürpers yh3^rsi'caliscα ciezOruiecbar int imC eine heuraetiöCQe ",.ibclicatun "aiit de ■ piauschette (4, J) tmC/ouer uem jjeitei¹ (3) aarstellt.

2. ...obeluarGLiiaaru.il ; nach Anspruch 1, äaüurch .-_; e ;_;: e π 11 ώ e i c α n e t , üaj der Leiter (-j>) sich innerhalb einen fieri uieleivtriaclien ,lürper bildenöen rohrförmigen ^IUr-ϊί6,.·3 (:■;) -.UL-J Gieleix"üri8chem i,iateri&l erstreckt;, wobei dei: rohri'öraii^e körper (9) einen radial vorsprin^sncien flansch (IG¹) hat, öer el en. öexoriüierbaren iiieil aufweist.

;>. nabele!urenführwa,; nach Aasiirucli 2, ämurca ^e-I: e η τα ζ e ic h net, da '> α er i·¹ la rise Li ( iO) "von. Cera rohr lüriui: en iiör:jer (y) nv.oa sahen -vorspringt unu ein -lu-Oerer

BAD

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Randbereleh (11) des Flansches (1O) zur Bildung einer hermetischen Abdichtung mit der Manschette (4, 5) deformierbar ist.

4. Kabeldurchführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Deformation des äußeren Randbereichs (11) eine Teilscherung an einer Kante (7) beinhaltet, die an einem abgestuften Abschnitt am Innenumfang der Manschette (4) ausgebildet ist.

5. Kabeldurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der abgestufte Abschnitt (7) am Innenumfang des äußeren Teils (4) der Manschette ausgebildet ist und daß der teilweise gescherte Außenrandbereich zwischen dem abgestuften Abschnitt (7) und einem weiteren, komplementär dazu ausgebildeten abgestuften Abschnitt (S) liegt, der am inneren Teil (5) der Manschette innerhalb des äußeren -Teils (4) der Manschette verschiebbar ist.

6. Kabeldurchführung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Flansch (1O) vom rohrförmigen Körper (9) nach außen vorspringt und eine Öffnung (13) bildet, durch die der Leiter (3) hindurchgeht bzw. vorspringt, und daß ein innerer Randbereich des die Öffnung umgebenden Flansches (12) deformiert wird, um eine hermetische Abdichtung mit dem Leiter (3) zu bilden.

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7. Kabeldurchführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Deformation des inneren Randbereiches eine Druckbeanspruchung des den inneren Randbereich bildenden Materials bewirkt und eine radiale Kraft auf die Umfangsflaehe des Leiters (3) ausübt.

8. Kabeldurchführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der innere Randbereich in einer in der TJmfangsfläche des Leiters (3) ausgebildeten Umfangsnut oder Einkerbung (14) angeordnet ist und die relative Längsverschiebung bzw. axiale Verschiebung des dielektrischen Körpers (9, 15) und des Leiters (3) verhindert.

9. Kabeldurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Manschette (4, 5) zylindrisch ausgebildet ist, der Leiter (3) sich axial innerhalb der Manschette (4j 5) erstreckt und der dielektrische Körper (9, 15) im Querschnitt ringförmig und koaxial innerhalb der Manschette um den Leiter herum angeordnet ist.

10. Kabeldurchführung nach einem der Ansprüche 2 oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß der radial vorspringende Flansch (10) am einen Ende des rohrförmigen dielektrischen Körpers (9) vorgesehen ist.

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11. Verfahren zur Herstellung einer Kabeldurchführung, dadurch gekennzeichnet , daß es die Verfahrensschritte aufweist:

Anordnung eines einen Leiter tragenden dielektrischen Körpers innerhalb einer leitenden Manschette, so daß der sich in Längsrichtung der Manschette erstreckende Leiter sich im Abstand zur Manschette befindet und durch den dielektrischen Körper von der Manschette elektrisch isoliert ist, und

Deformieren eines Teils des dielektrischen Körpers, um eine hermetische Abdichtung mit der Manschette und/oder dem Leiter zu bewirken.

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