DE3523493A1 - Elektrischer filter - Google Patents

Description

Murata Erie North America, Ltd., 5 Fräser Avenue, Trenton Ontario K8V 5S1, Kanada

Elektrischer Filter

Die Erfindung betrifft kapazitive Filter und insbesondere solche Filter, die ein induktives Element aufweisen und die im allgemeinen als elektromagnetische Interferenzoder Tiefpaßfilter bezeichnet werden.

Die Erfindung wird mit besonderem Bezug zu einer Form eines Filter beschrieben, der eine kapazitive Leistungsfähigkeit und ein induktives Element besitzt. Solche ein Filter ist bekannt als elektromagnetischer Interferenzfilter (EMI) oder Tießpaßfilter. Diese Filter werden in vielzähligen Formen gebaut und eine spezielle Form, bei der diese Erfindung verwandt wird (verwendet werden kann) ist bekannt als "scheibenartiger" Typ, wegen des

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Kondensators, der in der Einrichtung enthalten ist und aus einer Serie von Scheiben besteht, die zentrale Öffnungen aufweisen, in einer Sandwich-Anordnung, mit Kondensatorausnehmungen zwischen den Scheiben.

Abwechselnd sind Ausnehmungen zu dem äußeren Umfang des Kondensators gekuppelt und andere Ausnehmungen zu der inneren Oberfläche gekuppelt, die aus zentralen Öffnungen gebildet ist. Herkömmlicherweise besitzen solche Filter ein Gehäuse, das einen oder mehrere dieser Kondensatoren enthält und oftmals sind zwei vorhanden, mit einer Induktanzspule, angeordnet zwischen den Kondensatoren. Die innere Oberfläche des Kondensators ist elektrisch mit einer Mittelleitung verbunden, während die äußere Oberfläche mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei beide Verbindungen durch Löten hergestellt sind. Da das Gehäuse zwei Kondensatoren und eine Induktanzspule erhält, muß das Verlöten sehr genau vorgenommen werden, um ein Einfließen in Räume oder Ausnehmungen zu verhindern, in denen das Lot oder das Flußmittel eine schädliche Wirkung bezüglich der Leistung des Filters haben könnte.

Scheibenartige Kondensatoren werden elektrisch durch Verlöten mit dem Gehäuse und der Mittelleitung verbunden. Dies erfordert, daß eine Arbeitskraft ein ausreichendes Maß von Lot und Flußmittel verwendet, um gute Verbindungen sicherzustellen, aber nicht zuviel oder ohne Klümpchen oder Ströme von Lot oder Flußmittel im Inneren des Gehäuses zu verlieren, was das Ergebnis sein kann. Es ist desgleichen eine Problem im Stand der Technik, daß die verwendeten

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Spulen für das Induktanzelement lose in dem Gehäuse eingepaßt sind und abgestützt werden müssen, um Vibrationsprobleme zu vermeiden. Diese Probleme führen im Ergebnis zu einer relativ aufwendigen Fertigungstechnik, darauf ausgelegt, die Möglichkeit eines Ausfallens zu minimieren, Solche Techniken sind arbeitsintensiv und in der Folge sind die Herstellungskosten in einem gewissen Ausmaß durch den Bedarf an solcher Arbeit bestimmt.

Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich der hier beschriebenen Erfindung die Aufgabe den bekannten elektrischen Filter zu verbessern, insbesondere hinsichtlich einer verbesserten Verarbeitbarkeit oder einer verbesserten Verarbeitung.

Es ist ein Ziel der hier beschriebenen Erfindung, einen kapazitiven Filter anzugeben, bei dem ein scheibenartiger Kondensator verwendet wird, bei dem die Wahrscheinlichkeit minimiert ist, daß ein Teil des Lots oder des Flußmittels einen Weg in ungewünschte Bereiche findet und bei dem dies nicht abhängig ist von sehr genauen Toleranzen des Gehäuses und der Komponenten, die in dem Gehäuse angeordnet sind.

Entsprechend sieht die Erfindung, gemäß einer ihrer Aspekte, eine neue Anbringung eines Scheibenkondensators und dergleichen an der Innenseite des röhrenartigen Gehäuses und an einer Mittelleitung vor. Ein elektrisch isolierendes Dichtelement ist unterhalb des Kondensators während des Zusammenbaus vertikal in dem Gehäuse vorgesehen. Das Element schließt eng um die

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Leitung und ist umgeformt in Kontakt mit der Wand des Gehäuses um den Kondensator. Das Element bildet so eine Sperre, um Lot und Flußmittel zurückzuhalten, das verwendet wird, um den Kondensator an die Leitung und das Gehäuse zu kuppeln, von oberhalb des Kondensators, so daß das Lot und das Flußmittel um den Kondensator herum nicht in unerwünschte Bereiche unterhalb des Kondensators eindringen kann.

Gemäß einem weiteren ihrer Aspekte stellt die Erfindung '

ein Verfahren zum Zusammenbau eines scheibenartigen Kondensators und dergleichen in einem röhrenartigen Gehäuse zur Verfügung.

Diese und andere Aspekte der Erfindung sind besser zu verstehen mit Bezug auf die nachstehende Beschreibung, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung vorgenommen ist, auf der zeigt:

Fig. 1 eine abschnittsweise Seitenansicht eines beispielhaften EMI-Filters, aufweisend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 1, die in einem gewissen Ausmaß schematisch gehalten ist, um die Darstellungsprobleme einer Einrichtung zu vereinfachen, die typischerweise eine Gesamtlänge in der Größenordnung von etwa 3,81 cm (1,5 Inches) aufweist. Verschiedene Formen der Querstraffierung sind verwendet worden, um die einen und die anderen Teile visuell von einander zu trennen. Es ist zu beachten, daß das Lot, das in der nachstehenden Beschreibung erwähnt ist, typischerweise

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aus 62% Zinn, 36% Blei und 2% Silber besteht, es sei denn es ist als Hochtemperaturlot beschrieben, in welchem Fall es typischerweise 10% Zinn, 88% Blei und 2% Silber aufweist.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist ein Paar von scheibenartigen Kondensatoren 10, 12 in dem Gehäuse 14 enthalten und axial um eine Induktionsspule 16 beabstandet. Das Gehäuse und andere Teile, die Lotverbindungen aufnehmen, sind entweder aus einem metallischen Werkstoff oder mit einem solchen Material beschichtet. Die Anordnung bzw. Ausbildung der Einzelheiten kann besser verstanden werden mit Bezug auf das Zusammenbauverfahren, das im folgenden beschrieben ist.

Eine erste Klemme 18 hat ein spatenartiges Ende 20, das aus einer röhrenartigen Gestalt umgeformt ist, so wie etwa einer Auskragung eines zylindrischen Bereiches 22.

Diese erste Klemme wird zunächst mit einer hermetischen Dichtung 28 zusammengebaut, die einen äußeren Ring aus Stahl besitzt, der an ihrer Außenseite aufplattiert ist, um Lot aufzunehmen. Dieser Ring wird getrennt über einen Isolierungsglasring 31, der sowohl mit dem röhrenartigen Bereich 22 der Klemme 18 wie mit dem Ring 29 verschweißt ist. Dieses Verschweißen bewirkt Dichtungsspannungen in der Struktur, wie das im Stand der Technik bekannt ist. Nachdem diese Untergruppe vervollständigt ist, wird eine Teflonscheibe (Teflon ist ein Warenzeichen) 26 innerhalb des mit einem Gewinde versehenen

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Endbereiches 24 des Filters angeordnet, und in Zusammenwirkung mit einer Anordnungsschulter. Danach wird die Untergruppe aus der Dichtung 28 und der Klemme 18 eingeführt und positioniert wie dargestellt. Es ist zu sehen, daß ein Raum zwischen der Dichtung 28 und der inneren Wand des Bereiches 24 vorhanden ist, um Lot 30 aufzunehmen. Das Gehäuse und der Ring 31 werden so behandelt, daß sie Lot aufnehmen, so daß dann, wenn diese Maßnahme durchgeführt ist, die Klemme an ihrem Platz ist. Es soll hervorgehoben werden, daß die Teflon-Unterlegscheibe 26 dazu dient, zu verhindern, daß Lot und Flußmittel in übrige Bereiche des Gegenstandes strömen. Dies wird bewirkt durch eine Sperrwirkung, so daß das dichte Lot nicht zwischen die hermetische Abdichtung und die Anordnungsschulter eindringen kann, um die Dichtung von der Schulter abzuheben und wodurch erlaubt würde, daß Lot und Flußmittel hinter die Dichtung strömen.

Darauf wird der scheibenartige Kondensator 10 über eine kreisförmige Teflonscheibe angeordnet, die in ihrer Mitte eine öffnung aufweist. Die öffnung bzw. die Bohrung ist geringer als der Durchmesser des zylindrischen Bereiches 22 und der Außendurchmesser der Scheibe ist größer als der des Gehäuses 14, in einem ausreichenden Maße, um genügend Material zu ergeben, das zu einem äußeren Teil der Scheibe führt, der im wesentlichen zylindrisch wird beim Zusammenbau und sich axial um etwa eine Hälfte der Dicke des Kondensators erstreckt. Vorzugsweise weist die Oberfläche, die mit dem Kondensator in Kontakt ist, ein Klebemittel auf, so daß der Kondensator im

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wesentlichen an dieser Scheibe angebracht ist.

Der Kondensator wird dann in das Gehäuse von dem (in der Zeichnung) oberen Ende eingedrückt, so daß die Teflonscheibe umgeformt wird in die Gestalt des ersten Dichtelementes 32. Es ist zu erkennen, daß dieses Element einen inneren Bereich aufweist in engem Zusammenwirken mit dem zylindrischen Bereich 22 und dem zuvor erwähnten äußeren Teil, in Zusammenwirkung mit der inneren Wand des Gehäuses 14. Das Element 32 wirkt als eine Sperre bzw. als ein "Damm", um einen Fluß des Lotes 34 zu verhindern, das vorzugsweise vorgeformt (als "pre-forms") beiderseits, d.h. innerhalb des Kondensators und außerhalb des Kondensators aufgebracht wird. Das vorgeformte Lot wird erhitzt, damit es in jeweilige Räume zwischen dem zylindrischen Bereich 22 und dem Kondensator einfließt und zwischen dem Kondensator und die innere Wand des Gehäuses. Die Abdichtung ist in der Lage, der Lothitze lang genug zu widerstehen, so daß das Lot schmelzen kann und dann sich selbst positionieren. Folglich ist nur eine äußerst geringe Wahrscheinlichkeit gegeben, daß Lot oder Flußmittel entweder durch Schwerkraft oder durch Kapillarwirkung hinter die Schulter 36 gerat, die in dem Gehäuse ausgebildet ist, zur Abstützung des Kondensators.

Eine andere Kreisscheibe ist vorgesehen, die unter der Induktionsspule 16 zu positionieren ist, mit einer Leitung 38 von der Spule, die sich durch die Scheibe erstreckt. Als nächstes wird die Leitung 38 in das Gehäuse eingeführt und nach unten bewegt, um in dem zylindrischen Bereich 22 der ersten Klemme

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18 aufgenommen zu werden und zur gleichen Zeit die Teflonscheibe in die Gestalt umzuformen, die bei dem Element 40 dargestellt ist. Vorzugsweise besitzt das Element einige Faltungen oder Welligkeiten an seinem Umfang und in Kontakt mit der Innenseite des Gehäuses, hervorgerufen durch die Verjüngung im Durchmesser, wenn es in seine Position gedrückt wird. Diese Faltungen erzeugen den Effekt einer radialen Abfederung, als Hilfe zur Lagerung der Induktionsspule 16 in dem Gehäuse 14. Dies trägt dazu bei, Vibrationseffekte zu minimieren und macht desgleichen nicht abhängig von sehr genauen Toleranzen, um die Position beim Zusammenbau einzunehmen.

Der teilweise vervollständigte Filter wird dann umgedreht, so daß Hochtemperaturlot verwendet werden kann, um die Leitung 38 an der Klemme 18 anzubringen, wie mittels des Bezugszeichens 41 angedeutet. Wenn etwas von dem Lot oder dem Flußmittel ins Innere des zylindrischen Bereiches 22 strömen sollte, wird es durch das Element 40 zurückgehalten und kann nicht weiterfließen.

Bei diesem Stand des Zusammenbaus ragt eine zweite Leitung 4 2 von der Induktionsspule 16 nach oben aus dem Gehäuse 14 heraus. Der zweite scheibenartige Kondensator 12 wird in der gleichen Weise eingebaut wie der erste 10, unter Verwendung eines zweiten Abdichtelementes 44. Wiederum wird Lot 46, 48 verwendet, um den Kondensator an seinem Platz zu halten, und die elektrischen Verbindungen mit dem Gehäuse und der Leitung 42 zu vervollständigen. Es

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ist zu sehen, daß das Element 44 als eine Sperre für geschmolzenes Lot wirkt und daß es verhindert, daß Klümpchen od. dgl. von Lot oder Flußmittel in den Bereich fallen, der die Induktionsspule 16 enthält.

Das obere Ende (gemäß Darstellung in der Zeichnung) des Gehäuses 14 ist verschlossen unter Verwendung einer Scheibe 50 aus Teflon und ist an einer inneren Schulter angeordnet, angrenzend an das obere Ende des Gehäuses und besitzend eine zentrale öffnung, um einen Teil der Leitung 42 aufzunehmen. Eine hermetische Glasdichtung 52, ähnlich der, die an dem anderen Ende verwendet worden ist, wird erst mit der zweiten Klemme 56 verschweißt und dann an der Scheibe 50 angeordnet und bei 54 mit dem Gehäuse verlötet. Diese hermetische Dichtung ist an ihrem Umfang stufenartig eingeschnitten, um einen Raum für ein Lot bei 54 zu ergeben, das einen ebenen Abschluß besitzt. Der Zusammenbau wird vervollständigt durch eine Verlötung bei 58 mit der Leitung 42 unter Verwendung eines Hochtemperaturlotes. Diese Verlötungsmaßnahme wird aufgehalten durch die Scheibe 50. Teile des beispielsweisen Aufbaus, wie er vorgeschrieben ist, können innerhalb des Umfangs der Erfindung abgeändert werden. Beispielsweise können die Elemente 32, 44 und 40, und die Scheiben 26 und 50 aus jedem beliebigem Material bestehen, das die notwendigen nicht leitenden und Umformungseigenschaften aufweist, und die Elemente können desgleichen vorgeformt sein. Eine solche Vorformung müßte natürlich eine gewisse radiale Deformation nach innen ermöglichen, um eine angemessene Abdichtung an der Innenseite des Gehäuses sicherzu-

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stellen. Solche Abänderungen bewegen sich innerhalb des Gegenstandes der Erfindung, wie sie beschrieben und beansprucht ist.

Anstelle des Lotes, ist hervorzuheben, daß auch ein synthetisches Kunststoffmaterial, durchsetzt mit einem Leiter, verwendet werden könnte. Solche Werkstoffe sollen durch die Bezeichnung "Lot" wie sie in der Beschreibung verwendet ist, eingeschlossen werden.

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Claims (8)

1. BOEHMERT:& BÖhHM£RT;.

   MXM 1837

   Ansprüche

   Kapazitiver Filter für eine Verwendung in einer Schaltung/ vorzugsweise einer elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter aufweist:

   ein röhrenförmiges Gehäuse,

   eine zentrale Leitung, die Enden besitzt, die über das Gehäuse vorstehen,

   einen scheibenartigen Kondensator, der eine zentrale öffnung besitzt, durch die sich die Leitung erstreckt, wobei der Kondensator sich radial zwischen der Leitung und dem Gehäuse erstreckt und erste und zweite Enden aufweist, die axial beabstandet sind,

   Lot, das den Kondensator an der Leitung befestigt und an dem Gehäuse an dem ersten Ende des Kondensators , und

   ein elektrisch nicht leitendes Abdichtungselement, das eine zentrale Öffnung besitzt und sich radial erstreckt, wobei das Element an dem zweiten Ende des Kondensators sich befindet und in Reibkontakt mit der Leitung an der zentralen öffnung ist und mit der inneren Wand des Gehäuses, so daß das Lot und das Flußmittel, die verwendet sind, um den Kondensator an diesem festen Ende anzuschließen bzw. zu verbinden, aufgehalten sind an dem zweiten Ende durch das Dichtelement, um ein Einströmen

   BOEHMERT;& BOFHlViERT

   oder Einfließen hinter den Kondensator während der Herstellung zu verhindern.
2. 2. Kapazitiver Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement ein Klebemittel auf der Oberfläche besitzt, die mit dem Kondensator in Kontakt ist.
3. 3. Elektromagnetischer Interferenzfilter, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes aufweist:

   Ein röhrenförmiges Gehäuse, das eine innere Schulter . nahe seinem einen Ende besitzt,

   eine zentrale Leitung, die Enden besitzt, die über das Gehäuse vorstehen,

   einen scheibenartigen Kondensator, der eine zentrale Öffnung aufweist, durch welche sich die Leitung erstreckt, wobei sich der Kondensator radial zwischen j der Leitung und dem Gehäuse erstreckt,

   ein elektrisch nicht leitendes Dichtelement, das eine j

   zentrale Öffnung besitzt und sich radial erstreckt, |

   wobei das Element zwischen dem Kondensator und der Schulter liegt und in Reibkontakt mit der Leitung an der zentralen öffnung ist, und mit inneren Wand des Gehäuses, so daß das Lot und das Flußmittel, das verwendet wird, um den Kondensator mit dem Gehäuse und der Leitung zu verbinden, aufgehalten ist durch das Dichtelement, um ein Fließen hinter den Kondensator während der Herstellung zu verhindern,

   NAL INSPECTED

   BOEHMERT¹ & BOEHMERT --

   ein induktives Element, das in dem Gehäuse enthalten ist, angrenzend an den Kondensator, wobei dieses Element an die zentrale Leitung angekuppelt ist, für eine elektrische Kontinuität, und

   einen elektrisch nicht leitenden Trenner zwischen dem Induktionselement und dem Kondensator, wobei der Kondensator einen Bereich aufweist, der sich zwischen dem induktiven Element und dem Gehäuse erstreckt, um das induktive Element abzustützen bzw. zu lagern.
4. 4. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement Teflon ist oder aus Teflon besteht.
5. 5. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenner Teflon ist oder aus Teflon besteht.
6. 6. Elektromagnetischer Interferenzfilter für eine Verwendung vorzugsweise in einer elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter aufweist:

   ein zylindrisches und röhrenartiges Gehäuse, das eine innere Schulter besitzt, angrenzend an eines seiner Enden;

   erste und zweite scheibenartige Kondensatoren, axial beabstandet innerhalb des Gehäuses;

   eine Induktionsspule, angeordnet zwischen den Kondensatoren ;

   zentrale Leitungen, angebracht an der Spule und sich

   BOEHMERT &

   axial erstreckend, jeweils eine aus einem Ende des Filters, wobei die Leitungen durch jeweils eine der zentralen Öffnungen der scheibenartigen Kondensatoren hindurchgehen,

   ein Paar von elektrisch nicht leitenden Abdichtelementen, die zentrale öffnungen besitzen und sich radial erstrecken, wobei ein erstes der Abdichtelemente zwischen dem ersten Scheibenkondensator und der Schulter liegt und zwischen dem ersten Scheibenkondensator und dem Gehäuse und wobei das andere Abdichtelement zwischen dem zweiten Scheibenkondensator und der Induktionsspule und zwischen dem zweiten Scheibenkondensator und dem Gehäuse sich befindet, wobei weiter während des Zusammenbaus des Gehäuses und entfernt von der Schulter, und bei einer vertikalen Achse des Gehäuses, die Dichtelemente als Sperre wirken, um Lot und Flußmittel zurückzuhalten, und Lot, das die Kondensatoren mit dem Gehäuse und den jeweiligen Leitungen oder Steuerleitungen verbindet.
7. 7. Verfahren zum Anbringen eines kreisringförmigen elektronischen Elementes, so wie etwa eines scheibenartigen Kondensators, in einem zylindrischen Gehäuse und zum Anbringen des Elementes an dem Gehäuse und an einer zentralen Leitung, aufweisend die Schritte:

   Ausbildung einer Scheibe aus elektrisch nicht leitendem flexiblen Material, die eine zentrale öffnung besitzt, die um ein weniges kleiner ist als der Durchmesser der zentralen Leitung und einen Außendurchmesser, der

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   BOEHMf.RT: & BOHHMERT

   größer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses, Anordnung des Kondensators zentral zu der Scheibe;

   Einführung der Scheibe und des Kondensators über die zentrale Leitung, mit der Scheibe vorne weg, so daß die Scheibe dann einen dichten Abschluß über die Leitung ergibt,

   weiter Einführung der Scheibe und des Kondensators über die Leitung und in das Gehäuse, so daß ein äußerer Bereich der Scheibe um den Kondensator herumgeschlungen ist oder herumgefaltet ist und der Kondensator dann sich an seinem Ort befindet, mit der Scheibe über der Leitung und zwischen dem Kondensator und dem Gehäuse/ und

   Verlöten des Kondensators an der Leitung und an dem Gehäuse, wobei die Scheibe als eine Sperre wirkt, um das geschmolzene Lot und Flußmittel aufzuhalten, wodurch ein Einströmen hinter den Kondensator verhindert wird.
8. 8. Elektronische Einrichtung mit einem röhrenartigen Gehäuse und einer elektronischen Komponente, gelötet an eines der Enden an einer inneren Oberfläche des Gehäuses, gekennzeichnet weiter dadurch, daß die Einrichtung ein Dichtelement aus elektrisch nicht leitendem Material an dem anderen Ende der Komponente aufweist, daß das Element sich quer durchsetzend zu dem anderen Ende der Komponente erstreckt und einen Umfangsbereich aufweist, der in Reibkontakt mit der inneren Oberfläche des Gehäuses ist und sich

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   axial zu dem einen der Enden der Komponenten erstreckt, um eine Sperre an dem anderen Ende zu bilden und einen Durchgang von geschmolzenem Lot und Flußmittel während des Verlötens an einem Ende der Enden der Komponente
   zu verhindern.

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