DE4011773C2 - Durchführungskondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchführungskondensator gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der DE 37 27 014 A1 bekannt ist.

Bei einem Magnetron eines Mikrowellenherdes oder dergleichen ist übli­ cherweise eine Filterschaltung in der Spannungsversorgungsleitung vorgese­ hen, damit der Austritt von Mikrowellen-Leckstrahlung über die Spannungs­ versorgungsleitung verhindert wird. Bisher werden in derartigen Filterschal­ tungen zwei Typen von Durchführungskondensatoren verwendet, die in Fig. 9 und 11 der beigefügten Zeichnung dargestellt sind.

Jeder dieser Durchführungskondensatoren ist aus einem dielektrischen Block aus Keramikmaterial aufgebaut, der hergestellt wird, indem man ein keramisches dielektrisches Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstan­ ten zu einem Block formt und anschließend sintert.

Der dielektrische Block des in Fig. 9 im Schnitt gezeigten Durchführungs­ kondensators 1 ist in Fig. 10 dargestellt. Dieser dielektrische Block 4 hat einen annähernd elliptischen Querschnitt und weist zwei Öffnungen 2 und 3 auf, die von der oberen Endfläche zur unteren Endfläche durchgehen. Auf der oberen Oberfläche des Blockes 4 sind Elektroden 6a und 6b angeordnet, die durch eine schlitzförmige Nut 5 voneinander getrennt sind, und eine Elek­ trode 7 ist an der unteren Stirnfläche des Blockes angeordnet. Die Elektro­ den 6a und 6b liegen der Elektrode 7 gegenüber, so daß zwischen diesen Elektroden zwei Kapazitäten gebildet werden.

Gemäß Fig. 9 ist an die Elektroden 6a und 6b des dielektrischen Blockes 4 jeweils eine Anschlußplatte 11 bzw. 12 angelötet. Die Anschlußplatte 11 ist mit einer Öffnung 11a versehen. Eine Durchführungsklemme 13 ist in die Öffnung 11a eingesteckt und mit deren innerer Umfangsfläche verlötet oder verschweißt. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, erstreckt sich die Durchführungs­ klemme 13 durch die Öffnung 2 des dielektrischen Blockes, ohne die innere Umfangsfläche der Öffnung 2 zu berühren.

In ähnlicher Weise ist eine weitere Durchführungsklemme 14 in eine Öff­ nung 12a der anderen Anschlußplatte 12 eingesteckt und mit der inneren Umfangsfläche dieser Öffnung verlötet oder verschweißt.

Eine Erdungsplatte 16 ist an die Elektrode 7 an der unteren Stirnfläche des dielektrischen Blockes 4 angelötet. Die Erdungsplatte 16 weist eine Öffnung 16a auf, durch die die Durchführungsklemmen 13 und 14 nach unten hin­ durchgeführt sind. Die Elektrode 7 ist mit der äußeren Umfangsfläche oder dem Rand der Öffnung 16a verlötet. Zwei isolierende Gehäuse 17 und 18 sind auf entgegengesetzten Seiten der Erdungsklemme 16 angeordnet. Die Gehäuse 17 und 18 sind mit einem isolierenden Harz 19 ausgefüllt.

Die in Fig. 11 gezeigte Ausführungsform eines herkömmlichen Durchfüh­ rungskondensators 21 ist auf einem dielektrischen Block 25 aufgebaut. Elek­ troden 22 und 23 sind an den inneren Umfangsflächen von durchgehenden Öffnungen 2 und 3 des Blockes 25 ausgebildet, durch welche die Durchfüh­ rungsklemmen 13 und 13 hindurchgeführt sind. Eine weitere Elektrode 24 ist an der äußeren Mantelfläche des dielektrischen Blockes 25 angeordnet, so daß sie den Elektroden 22 und 23 gegenüberliegt.

Die Elektroden 22 und 23 in den Öffnungen 2 und 3 sind jeweils durch dielektrisches Material des Blockes 25 von der ihnen gegenüberliegenden Elek­ trode 24 getrennt und bilden somit mit der Elektrode 25 zwei Kapazitäten.

Die Durchführungsklemmen 13 und 14 sind in den Öffnungen 2 und 3 des dielektrischen Blockes 25 mit Hilfe eines Lötmittels 26 direkt mit den Elek­ troden 22 und 23 verlötet. Der dielektrische Block 25 ist außerdem in eine Öffnung 27 einer Erdungsplatte 16 eingesteckt, und die an der äußeren Mantelfläche des Blockes 25 angeordnete Elektrode 24 ist mit der Erdungs­ platte 16 verlötet.

Isolierende Gehäuse 17 und 18 sind auf den entgegengesetzten Seiten der Erdungsplatte 16 angeordnet und jeweils mit isolierendem Harz 19 ausge­ füllt.

Ein Durchführungskondensator mit dem in Fig. 11 gezeigten Aufbau wird beschrieben in DE 37 27 014 A1, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu­ grunde liegt.

Aus DE 32 39 017 A1 ist eine mehrkomponentige dielektrische Schicht be­ kannt, die aus einer ein Harzmaterial und ein dielektrisches Pulver enthal­ tenden Materialmischung besteht.

Die oben beschriebenen Durchführungskondensatoren, deren dielektrischer Block 4 bzw. 25 durch Formen des dielektrischen Materials zu einem Block und anschließendes Sintern hergestellt wurde, können ohne weiteres die fol­ genden Anforderungen erfüllen, die für die Verwendung in der Filterschal­ tung für das Magnetron eines Mikrowellenherdes gefordert werden.

• (a) Filterwirkung, zur Absorption von Streuwellen in einem Frequenzband im VHF und UHF Bereich (30 bis 300 MHz) und im Mikrowellenband (1 MHz oder mehr) und zur Verhinderung der Leitung und Abstrahlung nach außen.
• (b) Spannungsfestigkeit gegenüber Schock- und Anstiegsimpulsen von 10 bis 20 kV_O-P während der Zeit der Oszillation des Magnetrons.

Um die Filtereigenschaften gemäß der Anforderung (a) zu erreichen, ist im VHF und UHF Bereich eine Kapazität von mindestens 100 pF erforderlich, die jedoch durch die Verwendung eines keramischen dielektrischen Körpers ohne weiteres erreicht wird. Bei der Streuenergie im Mikrowellenbereich handelt es sich hauptsächlich um Strahlungsenergie. Die Verwendung des keramischen dielektrischen Körpers ermöglicht es jedoch ohne weiteres, diese Strahlungsenergie zu dämpfen.

Bei den herkömmlichen Durchführungskondensatoren mit den in der oben beschriebenen Weise hergestellten dielektrischen Blöcken 4 und 25 sind je­ doch die Formen und Strukturen der dielektrischen Blöcke 4 und 25 relativ kompliziert. Infolgedessen ist die Herstellung von Durchführungskondensato­ ren mit derartigen dielektrischen Blöcken äußerst kompliziert und schwie­ rig, so daß sich hohe Herstellungskosten ergeben.

Außerdem wird bei den oben beschriebenen Durchführungskondensatoren eine hohe Spannungsfestigkeit verlangt. Die äußeren Umfangsflächen der dielektrischen Blöcke 4 und 25 sind deshalb in Epoxiharz als isolierendes Harz 19 eingegossen. Der lineare Ausdehnungskoeffizient α und der Elastizi­ tätsmodul E der dielektrischen Blöcke 4 und 25 sind jedoch von denen der Durchführungsklemmen 13 und 14 und des isolierendes Harzmaterials 19 deutlich verschieden. Hieraus ergibt sich bei den herkömmlichen Durchfüh­ rungskondensatoren 1 und 21 der Nachteil, daß bei Temperaturbeständig­ keitstests mit zyklischer Erwärmung und Abkühlung das Material der diele­ ktrischen Blöcke 4 und 25 und das isolierende Harzmaterial 19 leicht Haar­ risse oder Sprünge bekommt oder abplatzt.

Bei dem Durchführungskondensator nach Fig. 11 ergibt sich darüber hinaus ein relativ hoher Herstellungsaufwand und eine zusätzliche Fehlerquelle bei wechselnden thermischen Beanspruchungen daraus, daß die Durchführungs­ klemmen dort in rohrförmige innere Elektroden eingelötet sind, die ihrer­ seits in das dielektrische Material eingebettet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Hochfrequenzfilter ge­ eigneten Durchführungskondensator der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und zu geringen Kosten hergestellt werden kann und sich durch eine erhöhte Haltbarkeit bei wechselnden thermischen Beanspruchungen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem Durchführungskondensator nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die äußere Elektrode durch ein rohrförmiges Teil gebildet wird, das jeweils eine Durchführungsklemme mit Abstand umgibt, und das Dielektrikum durch eine mehrkomponentige die­ lektrische Schicht gebildet wird, die aus einer ein Harzmaterial und ein dielektrisches Pulver enthaltenden Materialmischung besteht und den Raum zwischen der äußeren Elektrode und der als innere Elektrode dienenden Durchführungsklemme ausfüllt.

Durch die Verwendung der mehrkomponentigen dielektrischen Schicht, die dielektrisches Pulver vermischt mit Harz enthält, läßt sich die dielektrische Schicht einfacher, beispielsweise durch Einsatz-Gießen, aus der flüssigen Phase in die gewünschte Form bringen. Die Durchführungsklemmen werden einfach in diese mehrkomponentige dielektrische Schicht eingegossen und lassen sich dadurch einfach und sicher in dem dielektrischen Material fixie­ ren, und die inneren Elektroden des Durchführungskondensators werden so unmittelbar durch die Durchführungsklemmen gebildet. Somit wird die Her­ stellung des Durchführungskondensators vereinfacht und eine beträchtliche Kostenersparnis erzielt.

Außerdem läßt sich durch geeignete Wahl des Harzmaterials und des dielekt­ rischen Pulvers, die die mehrkomponentige dielektrische Schicht bilden, er­ reichen, daß die linearen Ausdehnungskoeffizienten der Durchführungsklem­ men und der dielektrischen Schichten sich nur wenig unterscheiden, so daß die Beständigkeit gegenüber Wärmeschocks verbessert wird. Darüber hinaus ergibt sich im Vergleich zu Durchführungskondensatoren mit einem dielekt­ rischen Keramikblock eine höhere Spannungsfestigkeit pro Dickeneinheit, da das als Basismaterial verwendete Harz hervorragende isolierende Eigen­ schaften aufweist. Folglich können auch die Abmessungen des Durchführungs­ kondensators verringert werden.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Durchführungskondensators;

Fig. 2 bis 4 verschiedene Stadien des Verfahrens zur Herstellung des Durchführungskondensators gemäß Fig. 1;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Durchführungskon­ densators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt durch den Durchführungskondensator nach Fig. 5;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Durchführungskon­ densators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 einen Schnitt durch den Durchführungskondensator gemäß Fig. 7;

Fig. 9 einen Schnitt durch einen herkömmlichen Durchführungs­ kondensator;

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines dielektrischen Blockes des Kondensators gemäß Fig. 9 und

Fig. 11 einen Schnitt durch ein weiteres Beispiel eines herkömmli­ chen Durchführungskondensators.

Die Einzelheiten des in Fig. 1 gezeigten Durchführungskondensators 30 sol­ len nachfolgend im Zusammenhang mit der Darstellung des Herstellungsver­ fahrens dieses Kondensators unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 erläutert werden.

Der Kondensator 30 weist zwei Durchführungsklemmen 31 und 32, zylindri­ sche Elektroden 33 und 34, die als äußere Elektroden dienen und von den Durchführungsklemmen 31 und 32 axial durchlaufen werden, mehrkompo­ nentige dielektrische Körper 35, die die zylindrischen Elektroden 33 und 34 ausfüllen, eine Erdungsplatte 36 und isolierende Gehäuse 37 und 38 auf.

Die beiden zylindrischen Elektroden 33 und 34 sind als zylindrische Rohre ausgebildet, die jeweils in eine Befestigungsöffnung 36a bzw. 36b der Er­ dungsplatte 36 eingesteckt werden, wie durch Pfeile A₁ in Fig. 2 veran­ schaulicht wird. Die Elektroden 33 und 34 sind durch Schweißen, Löten oder Pressen leitend mit der Erdungsplatte 36 verbunden.

Die Durchführungselektroden 31 und 32 werden jeweils von einem offenen Ende der zylindrischen Elektroden 33 und 34 her in diese Elektroden einge­ führt, wie durch Pfeile A₂ in Fig. 3 veranschaulicht wird. In diesem Zustand werden die Hohlräume in den zylindrischen Elektroden 33 und 34 mit dem mehrkomponentigen dielektrischen Material zur Bildung der dielektrischen Körper 35 in einem Einsatz-Gießverfahren ausgefüllt, und während des Aus­ härtens des Materials werden die Durchführungsklemmen 31 und 32 koaxial zu den jeweiligen Elektroden gehalten. Die so gebildeten dielektrischen Kör­ per 35 enthalten 20 bis 97 Gewichtsprozent Keramikpulver des BaTiO₃ Sy­ stems, des SrTiO₃ Systems oder eines anderen Systems als Füllmaterial und beispielsweise Epoxiharz als Basismaterial.

Die Erdungsplatte 36 ist als rechteckige Metallplatte, beispielsweise aus Alu­ minium, ausgebildet und an den vier Ecken mit Befestigungsöffnungen 39 zur Befestigung an einem Gehäuse eines Magnetrons oder dergleichen versehen. Die Erdungsplatte 36 weist einen durch Prägung gebildeten herausgehobe­ nen Bereich 40 auf, in dem die oben erwähnten Befestigungsöffnungen 36a und 36b ausgebildet sind (Fig. 1 und 2).

Ein rohrförmiges isolierendes Gehäuse 37 aus einem Kunstharz wie etwa Po­ lybutylenterephtalat ist so auf einer Seite der Erdungsplatte 36 angeordnet, daß deren herausgehobener Bereich 40 im Inneren des Gehäuses 37 liegt wie in Fig. 4 gezeigt ist. Ein weiteres rohrförmiges isolierendes Gehäuse 38 aus dem gleichen Kunstharzmaterial ist so auf der entgegengesetzten Seite der Erdungsplatte 36 angebracht, daß es paßgenau in den durch den heraus­ gehobenen Bereich 40 gebildeten Hohlraum eingreift.

Die beiden Gehäuse 37 und 38 werden schließlich mit einem isolierenden Harz 43 wie beispielsweise Epoxiharz ausgefüllt.

Die Durchführungsklemmen 31 und 32 bilden jeweils mit der umgebenden Elektrode 33 bis 34 eine Kapazität, wobei die mehrkomponentigen dielektri­ schen Körper 35 als Dielektrikum dienen.

Bei der Herstellung der oben beschriebenen Struktur wird das die dielektri­ schen Körper 35 bildende Material in flüssigem Zustand in die zylindrischen Elektroden 33 und 34 eingegeben, während die Durchführungsklemmen 31 und 32 so gehalten werden, daß sie auf die Achsen der Elektroden zentriert sind, und anschließend läßt man das flüssige Material aushärten. Die Durch­ führungsklemmen werden auf diese Weise im sogenannten Einsatz-Gießver­ fahren in das dielektrische Material eingegossen. Dieses Verfahren gestattet eine einfache Herstellung der dielektrischen Körper, so daß die Herstellung des Durchführungskondensators 30 insgesamt vereinfacht wird. Hierdurch ergibt sich eine beträchtliche Verringerung der Herstellungskosten.

Nachfolgend sind die technischen Daten eines Beispiels des Durchführungs­ kondensators 30 gemäß Fig. 1 im einzelnen angegeben.

Durchführungsklemmen 31 und 32: Außendurchmesser 2,5 mm Material: Messinglegierung
Zylindrische Elektroden 33 und 34: Außendurchmesser 6,0 mm Länge 35,0 mm
Dielektrische Körper 35: Basismaterial Epoxiharz 90 Gewichtsprozent Füllmate­ rial (des BaTiO₃ Systems oder des SrTiO₃ Systems) Dielektrizitätszahl 70
Gießverfahren: Einsatz-Gießverfahren
Kapazität: 150 pF (1 KHz, 1 Vrms).

Die linearen Ausdehnungskoeffizienten α der Durchführungsklemmen 31 und 32, der dielektrischen Körper 35 und des isolierenden Harzmaterials 43 des Durchführungskondensators gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbei­ spiel sind in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1

Außerdem wurden bei dem Durchführungskondensator 30, dessen dielektri­ sche Körper 35 20 bis 97 Gewichtsprozent Keramikpulver enthielten, die Dielektrizitätskonstante ε, tan δ (%), die Gleichstrom-Durchschlagsfeldstärke (DCBDV) (kV/mm) und der lineare Ausdehnungskoeffizient α (°C^-1) gemes­ sen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Wie aus den Tabellen 1 und 2 hervorgeht, haben die linearen Ausdehnungsko­ effizienten der Durchführungsklemmen 31 und 32, der dielektrischen Kör­ per 35 und des isolierenden Harzmaterials 43 bei dem Durchführungskon­ densator 30 gemäß Fig. 1 nahe beieinanderliegende Werte. Folglich ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischen Schocks verbessert. Es zeigt sich, daß die Spannungsfestigkeit pro Dickeneinheit bei dem oben beschrie­ benen Durchführungskondensator 30 mit beispielsweise 44 bis 59 kV/mm größer ist als bei dem Kondensator 1 mit dem dielektrischen Block 4 aus Ke­ ramik (Fig. 10).

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können die isolierenden Gehäuse 41 und 42 fortgelassen werden.

Fig. 5 und 6 zeigen einen Durchführungskondensator gemäß einem ande­ ren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 7 und 8 veranschauli­ chen einen Durchführungskondensator gemäß einem weiteren Ausführungs­ beispiel.

Der Durchführungskondensator 50 gemäß Fig. 5 und 6 wird hergestellt, indem zylindrische Elektrodenteile 52 und 53, die den zylindrischen Elek­ troden 33 und 34 bei dem Kondensator aus Fig. 1 entsprechen, in einem Stück mit einer Erdungsplatte 51 hergestellt werden, und indem zylinderför­ mige mehrkomponentige dielektrische Körper 35 im Einsatz-Gießverfahren gegossen werden, wobei die Durchführungsklemmen 31 und 32 koaxial in den zylindrischen Elektrodenteilen 52 und 53 gehalten werden.

Diese Struktur ermöglicht eine weitere Kostenersparnis, da die Anzahl der Bauteile gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 reduziert ist.

Der in Fig. 7 und 8 gezeigte Durchführungskondensator 60 wird dagegen hergestellt, indem die beiden Durchführungsklemmen 31 und 32 im Einsatz- Gießverfahren in einen gemeinsamen mehrkomponentigen dielektrischen Körper 35 eingegossen werden. Auf diese Weise ergibt sich ein weiter verein­ fachter Aufbau und eine weitere Kostenersparnis.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann als Basiskomponen­ te der mehrkomponentigen dielektrischen Körper 35 außer einem duropla­ stischen Harz wie etwa Epoxiharz auch ein thermoplastisches Harz wie etwa Polybutylenterephtalat eingesetzt werden. Während bei beiden oben beschriebe­ nen Ausführungsbeispielen jeweils zwei Kondensatoren zu einer Einheit zu­ sammengefaßt sind, ist es auch möglich, in entsprechender Weise einen ein­ zigen Durchführungskondensator herzustellen.

Claims (3)

1. Durchführungskondensator mit wenigstens einer Durchführungsklemme (31, 32), wenigstens einer die Durchführungsklemme oder -klemmen umge­ benden äußeren Elektrode (33, 34; 52, 53), die elektrisch mit einer Erdungse­ lektrode (36; 51) verbunden ist, und einem zwischen der Durchführungs­ klemme und der äußeren Elektrode eingefügten Dielektrikum (35), dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (33, 34; 52, 53) durch ein rohrförmiges Teil gebildet wird, das jeweils eine Durchführungsklemme mit Ab­ stand umgibt, und das Dielektrikum durch eine mehrkomponentige dielek­ trische Schicht gebildet wird, die aus einer ein Harzmaterial und ein dielek­ trisches Pulver enthaltenden Materialmischung besteht und den Raum zwi­ schen der äußeren Elektrode und der als innere Elektrode dienenden Durchführungsklemme ausfüllt.

2. Durchführungskondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (52, 53) so in das mehrkomponentige dielektrische Material eingebettet ist, daß sie auch an ihrem äußeren Umfang von dem die­ lektrischen Material umgeben ist.

3. Durchführungskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durchführungsklemme (31, 32) mit Ausnah­ me der Endbereiche derselben, die äußere Elektrode (33, 34) und die mehr­ komponentige dielektrische Schicht (35) in einem Gehäuse (37, 38) enthal­ ten sind, das mit einem isolierenden Harzmaterial (43) ausgefüllt ist.