EP4721178A1 - Gehäuseteil mit elektrischer durchführung für eine elektrische einrichtung und energiespeicher mit einem solchen gehäuseteil - Google Patents

Gehäuseteil mit elektrischer durchführung für eine elektrische einrichtung und energiespeicher mit einem solchen gehäuseteil

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EP4721178A1
EP4721178A1 EP24729197.4A EP24729197A EP4721178A1 EP 4721178 A1 EP4721178 A1 EP 4721178A1 EP 24729197 A EP24729197 A EP 24729197A EP 4721178 A1 EP4721178 A1 EP 4721178A1
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Abstract

Bei einem Gehäuseteil (10), insbesondere für eine elektrische Speichereinrichtung, mit einer elektrischen Durchführung umfassend einen Grundkörper (12) mit einer Durchgangsöffnung (14) und einen in der Durchgangsöffnung (14) angeordneten Anschlussstift (20), der über ein Fixiermaterial (16) elektrisch isolierend in der Durchgangsöffnung (14) gehalten ist, sollen der Fertigungsaufwand und das Risiko von Fehlorientierung der Bauteile reduziert werden. Dazu wird vorgeschlagen, dass der Grundkörper (12) des Gehäuseteils (10) flach und scheibenförmig mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke (D) ist und eine Höhe (H) des Fixiermaterials (16) größer als die Dicke (D) des Grundkörpers (12) ist, wobei (i) der Grundkörper (12) eine symmetrische Durchführung aufweist, indem das Fixiermaterial (16) und der Anschlussstift (20) symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene (S) angeordnet sind, und/oder (ii) der Grundkörper (12) an seinem äußeren Rand (17) einen symmetrischen Verbindungsflansch (18b), der symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegenden Symmetrieebene (S) angeordnet ist, aufweist.

Description

Gehäuseteil mit elektrischer Durchführung für eine elektrische Einrichtung und Energiespeicher mit einem solchen Gehäuseteil
Die Erfindung betrifft ein Gehäuseteil für eine elektrische Einrichtung, insbesondere für einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere Batterie, bevorzugt Mikrobatterie, Kondensator, mit einer elektrischen Durchführung, umfassend einen Grundkörper mit einer Durchgangsöffnung und einen in der Durchgangsöffnung angeordneten Anschlussstift, der über ein Fixiermaterial elektrisch isolierend in der Durchgangsöffnung gehalten ist. Ein weiter Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher, der ein solches Gehäuseteil mit zumindest einer Durchführung umfasst.
Elektrische Energiespeicher - auch elektrische Speichereinrichtungen genannt - wie Batterien oder Kondensatoren, wobei letztere Superkondensatoren einschließen, werden in einer Vielzahl von Anwendungen zur Speicherung und Bereitstellung elektrischer Energie verwendet. Die elektrischen Energiespeicher umfassen üblicherweise ein Gehäuse und mindestens eine in dem Gehäuse aufgenommene Speicherzelle. Dafür umfasst das Gehäuse häufig ein becherförmiges Gehäuseelement. Weiterer Bestandteil des Gehäuses ist ein Gehäuseteil mit zumindest einer elektrischen Durchführung, über die die Speicherzelle von außen elektrisch kontaktiert werden kann. Das Gehäuseteil kann den Deckel bzw. Deckelteil einer elektrischen Speichereinrichtung bilden oder Bestandteil eines Deckels bzw. Deckelteils sein.
Als Batterien im Sinne der Erfindung, werden sowohl eine Einwegbatterie, die nach ihrer Entladung entsorgt und/oder recycelt werden kann wie auch Akkumulatoren verstanden. Akkumulatoren, bevorzugt Lithium-Ionen-Batterien, sind für verschiedene Anwendungen vorgesehen wie beispielsweise tragbare elektronische Geräte, Mobiltelefone, Motorwerkzeuge sowie insbesondere Elektrofahrzeuge. Die Batterien können traditionelle Energiequellen wie beispielsweise Blei- Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien oder Nickel-Metallhydrid-Batterien ersetzen. Auch der Einsatz der Batterie in Sensoren ist möglich oder im Internet der Dinge.
Superkondensatoren, auch Supercaps genannt, sind, wie allgemein bekannt ist, elektrochemische Energiespeicher mit besonders hoher Leistungsdichte. Superkondensatoren besitzen im Unterschied zu Keramik-, Folien- und Elektrolytkondensatoren kein Dielektrikum im herkömmlichen Sinne. In ihnen sind insbesondere die Speicherprinzipien der statischen Speicherung elektrischer Energie durch Ladungstrennung in einer Doppelschichtkapazität sowie die elektrochemische Speicherung elektrischer Energie durch Ladungstausch mit Hilfe von Redoxreaktionen in einer Pseudokapazität verwirklicht.
Superkondensatoren umfassen insbesondere Hybridkondensatoren, dabei insbesondere Lithium-Ionen-Kondensatoren. Deren Elektrolyt umfasst üblicherweise ein Lösungsmittel, in dem leitfähige Salze gelöst sind, üblicherweise Lithiumsalze. Superkondensatoren werden vorzugsweise in Anwendungen eingesetzt, in denen eine hohe Zahl von Lade-/Entladezyklen benötigt wird. Superkondensatoren sind insbesondere vorteilhaft im Automobilbereich einsetzbar, insbesondere im Bereich der Rekuperation von Bremsenergie. Andere Anwendungen sind natürlich ebenso möglich und von der Erfindung umfasst.
Grundprinzip einer elektrischen Durchführung in einer elektrischen Einrichtung ist, dass ein Anschlussstift durch ein Fixiermaterial elektrisch isolierend in einer Durchgangsöffnung, die in einem Grundkörper ausgebildet ist, gehalten ist. Der Begriff Anschlussstift wird hier allgemein für ein Funktionselement verwendet, wobei es sich beispielsweise um einen elektrischen Leiter handeln kann.
Im Falle einer elektrischen Speichereinrichtungen ist insbesondere eine stabile, dichte Durchführung des Anschlussstifts über einen langen Zeitraum und z.B. bei Unfällen erforderlich, um den Austritt z.B. von Batterieelektrolyten aus dem Inneren der elektrischen Speichereinrichtung zu verhindern. Daher weist der die Durchführung aufweisende Grundkörper eine große Materialstärke auf, um über eine große Kontaktlänge zwischen Wandung der Durchgangsöffnung des Grundkörpers und Fixiermaterial die Dichtheit und Stabilität zu erreichen, woraus große, relativ schwere Speichereinrichtungen mit großen Abmessungen, beispielsweise Höhen resultieren. Gehäuseteile mit großer Materialstärke führen jedoch zu einem geringen Volumen im Gehäuseinneren beispielsweise einer Speichereinrichtung.
Die DE 10 2014 016 601 A1 zeigt ein Gehäusebauteil, insbesondere eines Batteriegehäuses oder Kondensatorgehäuses mit einer Durchführung, wobei durch eine Durchgangsöffnung ein stiftförmiger Leiter in einem Glas- oder Glaskeramikmaterial hindurchgeführt wird, wobei das Gehäusebauteil im Bereich der Durchgangsöffnung eine Verstärkung aufweist, während der Rest des Gehäusebauteiles dünner ausgeführt ist. Auf diese Weise kann Gewicht eingespart werden und trotzdem eine stabile, dichte Durchführung bereitgestellt werden.
Bei elektrischen Einrichtungen, insbesondere den elektrischen Speichereinrichtungen, geht der Trend zu immer kleineren und kompakten Versionen mit geringen Gehäusematerialstärken, wobei kleine, kompakte elektrische Speichereinrichtungen auch Mikrobatterien genannt werden. Problematisch bei geringer Materialstärke des Gehäuseteils ist jedoch, eine dichte, stabile Durchführung für den Anschlussstift zu gewährleisten.
Die W02020/104571 A1 zeigt eine elektrische Speichereinrichtung als Mikrobatterie mit einer Durchführung, wobei die Durchführung in einen Batteriedeckelteil mit einem umgeformten Kragen eingelassen ist. Außerdem wir ein flexibler Flansch im Bereich der Durchführung offenbart. Umgeformter Kragen und flexibler Flansch stellen zwei Möglichkeiten dar, um bei einem dünnen Gehäuseteil bzw. Grundkörper trotz geringer Materialstärke im Bereich der Durchgangsöffnung eine größere Kontaktlänge für das Fixiermaterial zur Verfügung zu stellen. Aus WO2021/185648 A1 ist eine Mikrobatterie bekannt, welche sich durch eine besonders kompakte Bauform auszeichnet. Die im Grundkörper vorgesehene Metall-Fixiermaterial-Durchführung für einen elektrischen Anschluss der Mikrobatterie kann als eine Druckeinglasung ausgebildet werden, so dass eine besonders zuverlässige Abdichtung der Durchführung bewirkt wird. Auch bei der in der WO2021/185648 A1 gezeigten Mikrobatterie kommen im Bereich der Durchführung eine Verstärkung, ein umgeformter Kragen oder ein umgeformtes Grundkörper mit flexiblem Flansch zum Einsatz, um das Gehäuseteil zu stabilisieren und eine sichere elektrische Isolation des in die Durchgangsöffnung eingebrachten Anschlussstifts zur Verfügung zu stellen, indem eine größere Kontaktlänge für das Fixiermaterial in der Durchgangsöffnung des Grundkörpers ausgebildet ist.
Aufgrund von aus einer Gehäuseteilebene hervorstehenden Bereichen des Grundköpers - wie Verstärkung, Kragen bzw. flexiblen Flansch - unterscheidet sich die geometrische Ausgestaltung der Oberseite des Gehäuseteils von der geometrischen Ausgestaltung der Unterseite des Gehäuseteil, d.h. das Gehäuseteil ist im Hinblick auf die Durchführung - umfassend die Durchgangsöffnung im Grundkörper, das Fixiermaterial, den Anschlussstift - unsymmetrisch, bezogen auf eine in der Gehäuseteilebene liegende Symmetrieebene. Mit Hilfe von aus der Gehäuseteilebene hervorstehenden Bereichen, insbesondere Teilen des Grundkörpers, ist die Unterscheidung zwischen Oberseite und Unterseite des Grundkörpers bzw. Gehäuseteils möglich. Dadurch gelingt eine sichere Ausrichtung der Einzelteile des Gehäuseteils für die Herstellung der elektrischen Durchführung und/oder für die Herstellung eines Deckels oder Gehäuses. Jedoch weisen solche Gehäuseteile aufgrund der hervorstehenden Bereiche Raumforderungen auf, die im Gehäuseinneren oder außerhalb der elektrischen Einrichtung baulich untergebracht werden müssen.
Um Bauraum im Gehäuseinneren zu gewinnen oder die Höhe von elektrischen Einrichtungen zu reduzieren, werden zunehmend Gehäuseteile angestrebt, die auch ohne verstärkende Elemente wie Verstärkung, Kragen oder flexiblem Flansch eine dichte Durchführung eines Anschlussstifts bereitstellen. Beispielsweise lehrt die WO 2021/185649 A1 , einen Leiter über ein Glas- oder Glaskeramikmatenal in der Durchgangsöffnung eines dickeren Grundkörpers einzuglasen, um eine dichte Verbindung zwischen Anschlussstift, Fixiermaterial und Grundkörper zu erzeugen. Anschließend wird die erzeugte gesamte Durchführung durch eine einseitige oder beidseitige Bearbeitung in der Dicke zu reduziert.
Nachteilig an den bekannten Gehäuseteilen mit Metall-Fixiermaterial-Durchfüh- rungen mit Druckeinglasung oder angepasster Durchführung ist deren hoher Fertigungsaufwand und die Gefahr von Fehlem bei der Orientierung der Bauteile, insbesondere bei sehr kleinen bzw. dünnen Gehäuseteilen.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein eine elektrische Durchführung aufweisendes verbessertes Gehäuseteil bereitzustellen, das diese Nachteile überwindet.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Gehäuseteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Im Rahmen der Erfindung wird ein Gehäuseteil mit einer besseren Symmetrie bereitgestellt, wodurch sich der Fertigungsaufwand für das Gehäuseteil verringert, da weniger Aufwand in die richtige Ausrichtung der Komponenten investiert werden muss. Außerdem ist die Gefahr reduziert, dass im fertigen Gehäuseteil Komponenten fehlerhaft angeordnet sind.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung geht die verbesserte Symmetrie des Gehäuseteils auf eine symmetrische Durchführung zurück. In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird die verbesserte Symmetrie des Gehäuseteils durch einen symmetrischen Verbindungsflansch am äußeren Rand des Grundkörpers erreicht. Besonders vorteilhaft ist bei einer Ausgestaltung, wenn das Gehäuseteil beide Varianten vereint, d.h. sowohl eine symmetrische Durchführung als auch einen symmetrischen Verbindungsflansch aufweist.
Insgesamt wird ein Gehäuseteil vorgeschlagen, insbesondere für eine elektrische Speichereinrichtung, mit einer elektrischen Durchführung. Das Gehäuseteil umfasst einen Grundkörper mit einer Durchgangsöffnung und einen in der Durchgangsöffnung angeordneten Anschlussstift, der über ein Fixiermaterial elektrisch isolierend in der Durchgangsöffnung gehalten ist, so dass eine elektrische Durchführung gebildet ist.
Als Grundkörper kommt erfindungsgemäß ein scheibenförmiger Grundkörper mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke zum Einsatz. Im Wesentlichen einheitliche Dicke bedeutet, dass der Grundkörper außerhalb des Bereichs der Durchgangsöffnung dieselbe Dicke aufweist wie in einem an die Durchgangsöffnung angrenzenden Bereich. Der Grundkörper ist somit flach und weist keine(n) Verstärkung, Kragen, flexiblen Flansch oder ähnliche Verstärkungsmittel auf. Bei der Betrachtung der Dicke wird der am Außenumfang des Grundkörpers befindliche Rand nicht berücksichtigt. Mit einem solchen Gehäuseteil können dünne, kompakte Gehäuse mit viel Volumen im Gehäuseinneren bereitgestellt werden. Außerdem entfallen aufwändige Umformungsarbeiten am Grundkörper.
In der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist der Grundkörper eine symmetrische Durchführung auf. Dabei sind das Fixiermaterial und der Anschlussstift symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene angeordnet, so dass das Gehäuseteil in Bezug auf die Durchführung symmetrisch ist. Im Hinblick auf die Geometrie gibt es somit zwischen Oberseite und Unterseite des Gehäuseteils keine Unterschiede. D.h., die eine Stirnseite bzw. Oberfläche des Anschlussstifts ist an der Unterseite des Gehäuseteils genauso weit von der Symmetrieebene beabstandet wie die andere Stirnseite bzw. Oberfläche des Anschlussstiftes an der Oberseite des Gehäuseteils.
Entsprechendes gilt für das Fixiermaterial. Ein derart symmetrisches Gehäuseteil kann mit einem geringeren Fertigungsaufwand hergestellt werden, da Maßnahmen zum Feststellen der Orientierung der Einzelteile entfallen können. Der Abstand zwischen den Stirnseiten des Anschlussstifts ist die Dicke des Anschlussstifts.
Außerdem ist vorgesehen, dass die Höhe des Fixiermaterials größer als die Dicke des Grundkörpers im Bereich der Durchgangsöffnung ist. Die Stirnseiten des Fixiermaterials sind somit jeweils über eine Oberfläche des Grundkörpers hinausragend angeordnet. Vorteilhaft hat dabei das Fixiermaterial ausgehend vom Anschlussstift eine im Wesentlichen einheitliche Höhe, d.h. eine im Wesentlichen konstante Höhe. Mit anderen Worten sind vorteilhaft die einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Fixiermaterials - vom Anschlussstift ausgehend - im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Davon ausgenommen kann ein Kontaktbereich zwischen Grundkörper und Fixiermaterial sein (siehe unten). Durch diese Ausbildung und Anordnung des Fixiermaterials wird im Unterschied zu einer Durchführung mit einem bogenförmig gekrümmten Verlauf der Fixiermaterialoberfläche mit zunehmender Höhe des Fixiermaterials zum Anschlussstift hin eine besonders kompakte, platzsparende Durchführung bereitgestellt. Eine solche Dimensionierung des Fixiermaterials bietet ebenfalls Fertigungsvorteile, da sichergestellt ist, dass genügend Fixiermaterial für eine sichere und dichte Fixierung, insbesondere Einglasung, des Anschlussstifts vorhanden ist. Mit anderen Worten wird dadurch, dass die Stirnseiten des Fixiermaterials jeweils über eine Oberfläche des Grundkörpers hinausragend angeordnet sind, ein Reservoir für das Fixiermaterial bereitgestellt, mit dem z.B. Volumenschwankungen beim Fixiermaterial und Schwankungen in der Dimensionierung der Bauteile ausgeglichen werden können. Außerdem wird dadurch die Isolation zwischen Anschlussstift und Grundkörper verbessert, so dass ein Kurzschluss mit dem Grundkörper beim Kontaktieren des Anschlussstiftes vermieden werden kann.
Zum Kontaktbereich zwischen Fixiermaterial und Grundkörper hin konvergieren beide Stirnseiten des Fixiermaterials zum Grundkörper hin. Mit anderen Worten nimmt die Höhe des Fixiermaterials ausgehend vom Grundkörper in Richtung Anschlussstift zu, bis die im Wesentlichen einheitliche Höhe erreicht ist bzw. die Stirnseiten des Fixiermaterials parallel zueinander verlaufen. Der Kontaktbereich kann mit der Wandung der Durchgangsöffnung zusammenfallen, muss es aber nicht (siehe untenstehende Beschreibung zum „Fixiermaterialüberlauf1).
Im Rahmen der Offenbarung sind Begriffe wie „einheitliche Dicke“, „einheitliche Höhe“, „konstante Höhe“, „parallele Stirnseiten“ etc. natürlich im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen zu verstehen.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Differenz, d.h. der Unterschied, zwischen Höhe des Fixiermaterials und Dicke des Grundkörpers maximal 30%, bevorzugt maximal 28% beträgt. Eine vorteilhafte Untergrenze für die Differenz kann 6% oder 8% sein, d.h. die Höhe des Fixiermaterials ist 6 bis 30% größer als die Dicke des Grundkörpers. Die Differenz verteilt sich bei einer symmetrischen Durchführung symmetrisch auf beide Seiten des Gehäuseteiles, so dass sie pro Seite maximal 15% oder maximal 14% und/oder mindestens 3% oder 4% beträgt.
Der Begriff "symmetrische Durchführung" ist natürlich innerhalb der Grenzen der üblichen Fertigungstoleranzen zu verstehen. Im Rahmen der Offenbarung wird insbesondere als symmetrisch angesehen, wenn eine mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene vorzugsweise weniger als 4% der Dicke des Anschlussstifts von einer mittig in der Anschlussstiftebene liegenden Anschlussstift-Symmetrieebene abweicht. Insbesondere beträgt der Abstand der Symmetrieebenen weniger als 4% der Dicke des Anschlussstifts. Vorteilhaft kann die Abweichung noch geringer sein, insbesondere weniger als 3%, vorzugsweise weniger als 2%.
In der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst das Gehäuseteil einen symmetrischen Grundkörper. Dazu weist der scheibenförmige Grundkörper mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke an seinem äußeren Rand einen symmetrischen Verbindungsflansch auf. Der symmetrische Verbindungsflansch ist symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene angeordnet. Der Begriff „symmetrischer Verbindungsflansch“ ist natürlich innerhalb der Grenzen der üblichen Fertigungstoleranzen zu verstehen. Ein symmetrischer Verbindungsflansch ist vorzugsweise ausgebildet, indem der Grundkörper am Rand sowohl an seiner Oberseite als auch an seiner Unterseite eine übereinstimmende Stufe und/oder Fase bzw. Abschrägung aufweist, d.h. es liegt eine beidseitige Abstufung und/oder Anfasung vor. Dadurch, dass der Grundkörper einen symmetrischen Verbindungsflansch, der auch ohne Stufen und ohne Fasen ausgebildet sein kann, aufweist, muss während der Fertigung des Gehäuseteils nicht zwischen Oberseite und Unterseite des Grundkörpers unterschieden werden. Auch wenn das fertige Gehäuseteil später eine unsymmetrische Durchführung haben soll, bei der die Stirnseite des Anschlussstifts und/oder des Fixiermaterials an der Unterseite des Gehäuseteils einen anderen Abstand von der Symmetrieebene des Grundkörpers aufweist als diejenige an der Oberseite des Gehäuseteils, spielt die richtige Orientierung des Grundkörpers, bezogen auf die spätere Oberseite bzw. Unterseite, während der Fertigung des Gehäuseteils keine Rolle. Dadurch ist der Fertigungsaufwand verringert. Am symmetrischen Verbindungsflansch kann die Verbindung mit einem weiteren Gehäusebauteil - beispielsweise einem becherförmigen Gehäuseelement oder einem weiteren Deckelelement des Deckels - erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer Schweißverbindung oder Lötverbindung. Die Verbindung wird bevorzugt derart ausgeführt, dass sie weitgehend gasdicht ist und bevorzugt eine He-Leckrate kleiner 10’8 mbar l/sec bei 1 bar Druckunterschied zur Verfügung gestellt wird. Außerdem kann der symmetrische Verbindungflansch eine Zentnerfunktion haben.
Um die Isolation zwischen Anschlussstift und Grundkörper zu verbessern und ausreichend Fixiermaterial zur Verfügung zu stellen, kann es auch bei einem Grundkörper mit symmetrischen Verbindungsflansch vorteilhaft sein, wenn die Höhe des Fixiermaterials größer als die Dicke des Grundkörpers im Bereich der Durchgangsöffnung ist. Mindestens eine Ebene bzw. Stirnseite des Fixiermaterials kann dabei über eine Oberfläche des Grundkörpers hinausragend angeordnet sein. Vorteilhaft hat das Fixiermaterial ausgehend vom Anschlussstift eine im Wesentlichen einheitliche Höhe, d.h. eine im Wesentlichen konstante Höhe. Mit anderen Worten sind die einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Fixiermaterials - vom Anschlussstift ausgehend - vorteilhaft im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Davon ausgenommen kann ein Kontaktbereich zwischen Grundkörper und Fixiermaterial sein (siehe unten). Durch diese Ausbildung und Anordnung des Fixiermaterials wird im Unterschied zu einer Durchführung mit einem bogenförmig gekrümmten Verlauf der Fixiermaterialoberfläche mit zunehmender Höhe des Fixiermaterials zum Anschlussstift hin eine besonders kompakte, platzsparende Durchführung bereitgestellt. Eine solche Dimensionierung des Fixiermaterials bietet ebenfalls Fertigungsvorteile, da sichergestellt ist, dass genügend Fixiermaterial für eine sichere und dichte Fixierung, insbesondere Ein- glasung, des Anschlussstifts vorhanden ist. Mit anderen Worten wird dadurch, dass mindestens eine Stirnseite des Fixiermaterials über eine Oberfläche des Grundkörpers hinausragend angeordnet ist, ein Reservoir für das Fixiermaterial bereitgestellt, mit dem z.B. Volumenschwankungen beim Fixiermaterial und Schwankungen in der Dimensionierung der Bauteile ausgeglichen werden können. Außerdem wird dadurch die Isolation zwischen Anschlussstift und Grundkörper verbessert, so dass ein Kurzschluss mit dem Grundkörper beim Kontaktieren des Anschlussstiftes vermieden werden kann.
Zum Kontaktbereich zwischen Fixiermaterial und Grundkörper hin konvergiert mindestens eine Stirnseite des Fixiermaterials zum Grundkörper hin. Mit anderen Worten nimmt die Höhe des Fixiermaterials ausgehend vom Grundkörper in Richtung Anschlussstift zu, bis die im Wesentlichen einheitliche Höhe erreicht ist bzw. die Stirnseiten des Fixiermaterials parallel zueinander verlaufen. Der Kontaktbereich kann mit der Wandung der Durchgangsöffnung zusammenfallen, muss es aber nicht (siehe unten). Im Rahmen der Offenbarung sind Begriffe wie „einheitliche Dicke“, „einheitliche Höhe“, „konstante Höhe“, „parallele Stirnseiten“, „übereinstimmende Stufe und/oder Fase bzw. Abschrägung“ etc. natürlich im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen zu verstehen.
Auch hier kann es vorteilhaft sein, wenn die Differenz, d.h. der Unterschied, zwischen Höhe des Fixiermaterials und Dicke des Grundkörpers maximal 30%, bevorzugt maximal 28% beträgt. Eine vorteilhafte Untergrenze für die Differenz kann 6% oder 8% sein, d.h. die Höhe des Fixiermaterials ist 6 bis 30% größer als die Dicke des Grundkörpers. Die Differenz kann sich symmetrisch auf beide Seiten des Gehäuseteiles verteilen, so dass sie pro Seite maximal 15% oder maximal 14% und/oder mindestens 3% oder 4% beträgt. Bei einem Grundkörper mit symmetrischem Verbindungsflansch kann die Differenz jedoch auch unsymmetrisch auf die Seiten des Gehäuseteils aufgeteilt sein. Möglich ist auch eine bündige Anordnung von Fixiermaterial und Grundkörper an einer Seite.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des Gehäuseteils, bei der der Grundkörper sowohl eine symmetrische Durchführung als auch einen symmetrischen Verbindungsflansch aufweist. Derartige Gehäuseteile lassen sich mit verringertem Aufwand herstellen. Außerdem ist der Aufwand beim Zusammenbau eines Gehäuses, das das vorteilhafte symmetrische Gehäuseteil umfasst, vereinfacht, da Oberseite und Unterseite des Gehäuseteils eine übereinstimmende Geometrie aufweisen.
Im Rahmen der Offenbarung weist das Fixiermaterial in dem Bereich, in dem seine Stirnseiten im Wesentlichen parallel verlaufen bzw. das Fixiermaterial eine im Wesentlichen einheitliche Höhe hat, vorteilhaft eine geformte Oberfläche auf. Eine geformte Oberfläche ist insbesondere im Kontakt mit Schmelzformen gebildet und weist vorzugsweise eine Oberflächenrauheit Ra (arithmetischer Mitten- rauwert) von > 1 pm auf. Im Übergang zum Grundkörper, d.h. im Kontaktbereich, in dem mindestens eine Oberfläche des Fixiermaterials zum Grundkörper hin konvergiert, kann das Fixiermaterial eine freigeformte Oberfläche, vorzugsweise mit einer Krümmung, aufweisen. Eine freigeformte Oberfläche bildet sich ohne Kontakt zu einer Form. Der freigeformte, vorzugsweise gekrümmte Abschnitt kann eine feuerpolierte Oberfläche aufweisen, vorzugsweise mit einer Oberflächenrauheit Ra von < 0,2 pm, bevorzugt < 0,1 pm. Die Oberflächenrauheit Ra wurde hier mit Hilfe eines Profilometers taktil ermittelt. Ra wird vorzugsweise bestimmt gemäß DIN EN ISO 4287.
Bei einer Betrachtung des Gehäuseteils im vertikalen Querschnitt weist der Grundkörper zu dem in seiner Durchgangsöffnung angeordneten Anschlussstift auf beiden Seiten einen Abstand auf, der mit Fixiermaterial gefüllt ist. Der Abstand ist somit die Distanz zwischen Wandung der Durchgangsöffnung und Wandung des Anschlussstifts.
Bei der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung, der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung oder einer Kombination beider erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ist es vorteilhaft, wenn bei dem Gehäuseteil eine gedachte, im Kontaktpunkt mit dem Anschlussstift an die Oberfläche des Fixiermaterials angelegte Tangente einen Kontaktwinkel mit dem Anschlussstift von ca. 90° bildet. Mit anderen Worten liegt ein rechter Winkel vor (natürlich innerhalb der Grenzen der üblichen Fertigungstoleranzen), hier vorzugsweise ein Winkel von 90° mit einer Abweichung von +/- 2°. Dies wird weiter unten näher beschrieben. Dadurch wird ein hermetischer Anschluss und zugleich eine kompakte Durchführung bereitgestellt.
Bei der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung, der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung oder einer Kombination beider erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann es vorteilhaft sein, wenn die gewünschte im Wesentlichen einheitliche Höhe des Fixiermaterials spätestens nach 25%, bevorzugt spätestens 20%, bevorzugt spätestens nach 15% des Abstandes zwischen Grundkörper und Anschlussstift vorliegt, wobei der Bezugspunkt, d.h. der Ausgangspunkt für die Betrachtung, der Grundkörper ist. Es bildet sich somit rasch ein Plateau aus, bei dem das Fixiermaterial eine im Wesentlichen konstante Höhe aufweist und die Stirnseiten des Fixiermaterials im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Ein Plateau mit im Wesentlichen konstanter Höhe des Fixiermaterials kann sich vorteilhaft über mindestens 75%, vorteilhaft mindestens 80%, bevorzugt mindestens 85% des Abstandes zwischen Grundkörper und Anschlussstift erstrecken. Dadurch wird eine lange Isolationsstrecke bereitgestellt.
Bei der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung, der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung oder einer Kombination beider erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann es vorteilhaft sein, wenn das Fixiermaterial nicht nur über eine oder beide Oberfläche(n) des Grundkörpers hinausragt, sondern auch den Rand der Durchgangsöffnung überdeckt, d.h. das Fixiermaterial kann einen an die Durchgangsöffnung angrenzenden Bereich der Oberseite des Grundkörpers überdecken. Eine solche Konstellation wird im Rahmen der Offenbarung als „Fixiermaterialüberlauf“ oder „Fixiermaterialüberdeckung“ bezeichnet. Ein Fixiermaterialüberlauf kann auf der einen Seite des Grundkörper oder auf der anderen Seite des Grundkörpers oder auf beiden Seiten des Grundkörpers ausgebildet sein, je nachdem ob eine symmetrische oder eine unsymmetrische Durchführung vorliegt. Bei einer Ausführung mit Fixiermaterialüberlauf besteht der Kontaktbereich zwischen Fixiermaterial und Grundkörpern nicht nur im Bereich der Wandung der Durchgangsöffnung, sondern erstreckt sich über den Rand der Durchgangsöffnung hinweg auf eine Oberfläche des Grundkörpers, auf mindestens einer Seite des Grundkörpers. Auch hier konvergiert mindestens eine Stirnseite des Fixiermaterials zum Grundkörper hin. Mit anderen Worten nimmt die Höhe des Fixiermaterials ausgehend vom Grundkörper zu, allerdings nicht erst ausgehend von der Durchgangsöffnung, sondern bereits ausgehend von einer Oberfläche des Grundkörpers, so dass ein Rand der Durchgangsöffnung überdeckt ist.
Durch einen Fixiermaterialüberlauf wird ein Reservoir für das Fixiermaterial noch größer, und der Isolationseffekt wird verstärkt Außerdem kann die Durchführung mechanisch stabiler und die hermetische Dichtheit sicherer sein. Auch bei dieser Variante kann es vorteilhaft sein, wenn sich in Bezug auf die gewünschte im Wesentlichen einheitliche Höhe des Fixiermaterials ausgehend vom ersten Kontakt des Fixiermaterials mit der Grundkörperoberfläche rasch ein Plateau ausbildet, bei dem die Stirnseiten des Fixiermaterials im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und das Fixiermaterial eine im Wesentlichen konstante Höhe aufweist. Die gewünschte im Wesentlichen einheitliche Höhe des Fixiermaterials wird vorteilhaft spätestens nach 10%, bevorzugt spätestens nach 5% des Abstandes zwischen Grundkörper und Anschlussstift erreicht. Ein Plateau mit im Wesentlichen konstanter Höhe kann sich vorteilhaft über mindestens 90%, vorteilhaft mindestens 100% des Abstandes zwischen Grundkörper und Anschlussstift erstrecken.
Bei den Ausgestaltungen der Erfindung kann der Anschlussstift zwei Stirnseiten und eine Mantelfläche aufweisen. Beispielsweise kann er eine Kreiszylinderform aufweisen, wobei die Mantelflächen des Zylinders zum Fixiermaterial weisen. Neben der Kreiszylinderform sind auch allgemeine Zylinderformen mit anderen Stirnseitenformen denkbar. Beispielsweise sind ovale Formen oder Rechtecke mit abgerundeten Ecken denkbar. Bei der Ausgestaltung mit symmetrischer Durchführung ist der Anschlussstift auch symmetrisch aufgebaut. Bei der Ausgestaltung mit symmetrischem Verbindungsflansch kann er symmetrisch oder unsymmetrisch aufgebaut sein.
Im Rahmen der Ausgestaltungen der Erfindung bilden der scheibenförmige Grundkörper, das Fixiermaterial und der Anschlussstift eine Metall-Fixiermaterial- Durchführung aus, durch die die Durchgangsöffnung des Grundkörpers verschlossen ist. Bevorzugt ist die gebildete Durchführung hermetisch dicht. Unter hermetisch dicht wird eine He-Leckrate von 1 ■ 10-8 mbar l/s bei 1 bar Druckunterschied angesehen. Bei dem erfindungsgemäßen Gehäuseteil kann es sich insbesondere um ein Gehäuseteil zum Bilden eines Gehäuses für eine elektrische Speichereinrichtung handeln. Beispielsweise kann das Gehäuseteil als ein Deckelteil bzw. Deckel ausgebildet sein, der zusammen mit einem becherförmigen Gehäuseelement zu einem Gehäuse für eine elektrische Speichereinrichtung gefügt werden kann. Das Gehäuseteil kann jedoch auch Bestandteil eines Deckels bzw. Deckelteils sein, indem das Gehäuseteil in eine Öffnung, die in einem Deckelelement ausgebildet ist, eingesetzt ist. Bei der elektrischen Speichereinrichtung kann es sich insbesondere um eine Batterie oder einen Kondensator, einschließlich Superkondensator, handeln, wobei in dem Gehäuse üblicherweise mindestens eine Speicherzelle aufgenommen wird, die über die elektrische Durchführung als Anschlussterminal von außen elektrisch kontaktiert werden kann. Das Gehäuseteil kann auch eine Durchführung, die als mehrpolige Durchführung ausgebildet ist, umfassen, bei der der Grundkörper mehrere Durchgangsöffnungen aufweist und in jeder der Durchgangsöffnungen jeweils ein Anschlussstift über ein Fixiermaterial gehalten ist.
In einer vorteilhaften Ausführung weist der Grundkörper eine Dicke im Bereich 0,1 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,15 mm bis 0,8 mm, insbesondere 0,15 mm bis 0,6 mm auf. Dadurch kann ein Gehäuseteil für eine besonders kompakte, kleine elektrische Einrichtung - insbesondere elektrische Speichereinrichtung oder Sensorgehäuse, bevorzugt Batterie, insbesondere Mikrobatterie, oder Kondensator - mit einer Durchführung bereitgestellt werden.
Bei einem Gehäuseteil mit einer symmetrischen Durchführung kann es vorteilhaft sein, wenn der Grundkörper bzw. das Gehäuseteil am äußeren Rand einen Verbindungsflansch, insbesondere einen unsymmetrischen Verbindungsflansch aufweist. Der Verbindungsflansch kann der Ausrichtung und Zentrierung des Gehäuseteils bzw. Grundkörpers in Bezug auf ein weiteres Gehäusebauteil, beispielsweise ein becherförmiges Gehäuseelement oder ein Deckelelement, im Zuge des Zusammenbaus eines Gehäuses oder Deckels dienen. Dazu kann an dem weiteren Gehäusebauteil vorteilhaft ein entsprechender Gegenflansch ausgebildet sein. Außerdem kann am Verbindungsflansch die Verbindung mit dem weiteren Gehäusebauteil erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer Schweißverbindung oder Lötverbindung. Die Verbindung wird bevorzugt derart ausgeführt, dass die sie weitgehend gasdicht ist und bevorzugt eine He-Leckrate kleiner 10’8 mbar l/sec bei 1 bar Druckunterschied zur Verfügung gestellt wird.
Der Verbindungsflansch kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausgestaltung mit symmetrischer Durchführung als einseitige Stufe oder einseitige Fase ausgebildet sein, wobei die Dicke des Grundkörpers zum Rand hin abnimmt. Es liegt damit ein unsymmetrischer Verbindungsflansch vor. Die Abstufung bzw. Anschrägung des Verbindungsflansches kann dabei an der ersten Seite des Grundkörpers ausgebildet sein, wobei die erste Seite die Seite ist, welche bei Bildung eines Gehäuses nach innen weist. Alternativ könnte die Abstufung bzw. Anschrägung auch an der zweiten Seite des Grundkörpers ausgebildet sein, wobei die zweite Seite die Seite ist, welche bei Bildung eines Gehäuses nach außen weist.
Aufgrund der geringen Materialstärke von Grundköpern von Gehäuseteilen insbesondere für kleine elektrische Einrichtungen, beispielsweise Mikrobatterien, und der Tatsache, dass der Verbindungsflansch eine noch geringere Dicke aufweist, lässt sich eine einseitige kleine Stufe oder Abschrägung am Verbindungsflansch in der Regel schwer identifizieren und damit die Orientierung des Grundkörpers häufig nur mit großem, apparativem Aufwand feststellen.
Dadurch, dass das Fixiermaterial und der Anschlussstift im Rahmen der Erfindung jedoch symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene angeordnet sind, spielt es für die Fertigung des Gehäuseteils aus Einzelteilen jedoch keine Rolle, in welche Richtung der Verbindungsflansch zeigt, d.h. an welcher Seite des Grundkörpers die einseitige Stufe oder die einseitige Abschrägung ausgebildet ist. Durch die Ausrichtung des Grundkörpers, des Fixiermaterials und des Anschlussstifts an der Symmetrieebene kann im Zuge der Fertigung des Gehäuseteils die vorherige Orientierung des Grundkörpers in Bezug auf die Stufe oder Abschrägung entfallen. Dadurch werden Kosten eingespart und Produktfehler vermieden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführung mit symmetrischer Durchführung oder der Ausführung mit symmetrischem Verbindungsflansch oder einer Ausführung, die beides umfasst, sind Stirnseiten des Anschlussstifts jeweils bündig zu einer Oberfläche bzw. Stirnseite des Fixiermaterials angeordnet. Die Oberflächen des Anschlussstiftes liegen somit auf beiden Seiten des Gehäuseteils jeweils in einer Ebene mit der Oberfläche des Fixiermaterials. Durch die flache Form der elektrischen Durchführung kann die Durchführung und damit das Gehäuseteil eine geringe Bauhöhe aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführung mit symmetrischer Durchführung oder der Ausführung mit symmetrischem Verbindungsflansch oder einer Ausführung, die beides umfasst, sind beide Stirnseiten des Anschlussstifts über eine Oberfläche bzw. Stirnseite des Fixiermaterials hinausragend angeordnet, insbesondere bei der symmetrischen Durchführung mit gleichem Abstand von der Symmetrieebene des Grundkörpers. Die Stirnseiten bzw. Oberflächen des Anschlussstifts liegen somit auf beiden Seiten des Gehäuseteiles jeweils oberhalb der Ebene der jeweiligen Stirnseite bzw. Oberfläche des Fixiermaterials. Hierdurch wird eine erhöhte Kontaktfläche geschaffen, welche ein einfaches elektrisches Kontaktieren des Anschlussstifts erlaubt, beispielsweise durch Anschweißen von Kontaktfahnen.
Bei der Ausgestaltung mit einem symmetrischen Grundkörper durch einen symmetrischen Verbindungsflansch kann es vorteilhaft sein, wenn der Anschlussstift unsymmetrisch ausgebildet ist, d.h. eine unsymmetrische Geometrie und/oder einen unsymmetrischen Aufbau hat. Alternativ oder zusätzlich kann der Anschlussstift und/oder das Fixiermaterial vorteilhafterweise unsymmetrisch in der Durchführung angeordnet sein, indem deren Stirnseiten unterschiedlich weit von der Symmetrieebene des Grundkörpers beabstandet sind. Maßnahmen zur Orientierung eines unsymmetrischen Anschlussstifts oder eines unsymmetrisch angeordneten Anschlussstifts können entfallen.
Bei einer Ausgestaltung mit einem symmetrischen Grundkörper durch einen symmetrischen Verbindungsflansch kann es vorteilhaft sein, wenn eine Stirnseite oder beide Stirnseiten des Anschlussstifts bündig zu einer Oberfläche des Grundkörpers angeordnet sind. Da der Grundkörper symmetrisch ist, ist der Fertigungsaufwand des Gehäuseteils auch dann verringert, wenn nur eine Stirnseite des Anschlussstifts bündig zu einer Oberfläche des Grundkörpers angeordnet ist oder die Stirnseiten des Anschlussstiftes in Bezug auf die Symmetrieebene des Grundkörpers unterschiedliche Abstände aufweisen, d.h. eine unsymmetrische Durchführung vorliegt.
Bei einer Ausgestaltung mit einem symmetrischen Grundkörper durch einen symmetrischen Verbindungsflansch kann es vorteilhaft sein, wenn eine Stirnseite oder beide Stirnseiten des Anschlussstifts über eine Oberfläche des Grundkörpers hinausragend angeordnet sind. Da der Grundkörper symmetrisch ist, ist der Fertigungsaufwand des Gehäuseteils auch dann verringert, wenn nur eine Stirnseite des Anschlussstifts über eine Oberfläche des Grundkörpers hinausragend angeordnet ist oder die Stirnseiten des Anschlussstiftes in Bezug auf die Symmetrieebene des Grundkörpers unterschiedliche Abstände aufweisen, d.h. eine unsymmetrische Durchführung vorliegt.
Das Material des Grundkörpers und/oder Material des Anschlussstifts sind bevorzugt ausgewählt aus Stahl, insbesondere ferritischer, austenitischer oder Duplex-Stahl, rostfreier Stahl, Edelstahl, Edelstahl, Eisen-Nickel-Legierungen, Ei- sen-Nickel-Kobalt-Legierungen, KOVAR, Molybdän, Titan, Titan-Legierung, Aluminium oder Aluminium-Legierung. Der Anschlussstift kann aus einem genannten Material bestehen oder dies umfassen. Ein bevorzugtes Beispiel weist einen Grundkörper aus austenitischem Stahl und einen Anschlussstift, der ferntischen Stahl umfasst oder daraus besteht, auf.
Bevorzugt ist das Fixiermaterial ein Glas, eine Glaskeramik oder eine Keramik oder umfasst ein Glas, eine Glaskeramik oder eine Keramik.
Bevorzugte Gläser umfassen technische Gläser, insbesondere oxidische Gläser, welche bevorzugt gegen übliche Materialien im Zusammenhang mit elektrischen Energiespeichern chemisch beständig sind. Im Fall eines technischen Glases ist das Fixiermaterial beispielsweise ein Aluminiumboratglas, welches AI2O3 und B2O3 umfasst, oder ein Bismut-Glas, welches beispielsweise Bi2Ü3 als Glasbildner umfasst. Alternativ können auch Gläser, die Bleioxid als Glasbildner umfassen, insbesondere Gläser aus dem PbO-B2O3-System, oder Vanadiumhaltige Gläser als Fixiermaterial zum Einsatz kommen.
Für Glas-Metall Durchführungen werden als Fixiermaterial geeignete Gläser nach ihren Eigenschaften wie Schmelztemperatur und/oder Ausdehnungskoeffizient ausgewählt.
Bevorzugt ist ein Schmelzpunkt des Fixiermaterials geringer gewählt als der Schmelzpunkt des Materials des Anschlussstifts bzw. aller Materialien des Anschlussstifts. Dadurch wird gewährleistet, dass bei Herstellung der Metall-Fixier- material Durchführung unter Verwendung eines Temperaturbehandlungsschrittes, beispielsweise zum Sintern oder Einglasen des Fixiermaterials, der Anschlussstift nicht geschädigt wird.
Bei einem solchen Temperaturbehandlungsschritt kann das Fixiermaterial aus einem Pressling, d.h. einem Fixiermaterial-Vorläufer, erhalten werden, der beispielsweise ein Glaspulver oder ein Glaskeramikpulver oder ein Keramikpulver umfasst. Das Glaspulver kann aus einem teilweise kristallisierbaren Glas bestehen oder dieses umfassen, so dass bei einer Temperaturbehandlung das teilweise kristallisierbare Glas keramisiert wird und eine Glaskeramik erhalten wird.
Vorteilhaft können Gläser mit niedriger Schmelztemperatur sein. Besonders vorteilhaft ist in einer Variante, die weiter unten beschrieben ist, ein Glas, dessen Schmelztemperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium bzw. einer Aluminium-Legierung liegt. Bevorzugt kann es sein, wenn in einer elektrischen Durchführung für eine elektrische Speichereinrichtung, beispielsweise eine Batterie, einen Kondensator oder einen Superkondensator, das Fixiermaterial ein Bismut-basierendes Glas, das Bi2Ü3 als Glasbildner umfasst, oder ein Blei-basie- rendes Glas, das PbO als Glasbildner umfasst, aufweist oder daraus besteht.
Als Glas- oder Glaskeramikmatenal wird beispielsweise ein Aluminiumborat-Glas mit den Hauptbestandteilen AI2O3, B2O3, BaO und SiÜ2 eingesetzt. Bevorzugt liegt der Ausdehnungskoeffizient eines derartigen Glasmaterials im Bereich 9,0 bis 9,5 ppm/K bzw. 9,0 bis 9,5 10’6/K. Wird beispielsweise ein Bismut-Glas verwendet, liegt der Ausdehnungskoeffizient beispielsweise bei ca. 10,5- 10-6/K.
In Abhängigkeit von dem thermischen Ausdehnungsverhalten der Materialen von Grundkörper und Anschlussstift können jedoch auch andere Gläser mit einem anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorteilhaft eingesetzt werden.
Um eine besonders gute Abdichtung zwischen den Metallteilen, also dem Grundkörper und dem Anschlussstift, und dem Fixiermaterial zu erreichen, kann die elektrische Durchführung in Form einer Druckeinglasung ausgebildet werden. Dabei wird ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Grundkörpers größer gewählt als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials, so dass sich nach einer Temperaturbehandlung, bei der das Fixiermaterial in der Durchgangsöffnung eingeglast wird, der Grundkörper stärker zusammenzieht als das Fixiermaterial. Hierdurch werden dauerhaft Druckkräfte durch den Grundkörper auf das Fixiermaterial ausgeübt. Diese spannen das Fixiermaterial vor und sorgen für eine besonders beständige Abdichtung.
Entsprechend ist es bevorzugt, dass ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Grundkörpers größer ist als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials. Besonders bevorzugt wird bei einer Druckeinglasung der thermische Ausdehnungskoeffizient des Grundkörpers mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 20% und am meisten bevorzugt mindestens 50% größer gewählt als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials.
Die Vorspannung für die Druckeinglasung wird im Wesentlichen durch den Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Grundkörpers und dem Fixiermaterial bestimmt.
In einer vorteilhaften Ausführung liegt der Ausdehnungskoeffizient des Grundkörpers im Bereich 12-10’6 1/K bis 19-10’6 1/ K und der Ausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials im Bereich 9 10’6 1/K bis 11 -10’6 1/K.
Der Ausdehnungskoeffizient des Glas-, Keramik- oder Glaskeramikmaterials kann bei Bedarf modifiziert werden, indem das Glas-, Keramik- oder Glaskeramikmaterial mit einem Füllstoff gemischt wird. Durch Wahl der Art und Menge des Füllstoffs kann dann der thermischen Ausdehnungskoeffizienten eingestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung liegt der Ausdehnungskoeffizient des Anschlussstifts im Bereich 6 10’6 1/K bis 11 ■ 10’6 1/K. Entsprechend ist der Ausdehnungskoeffizient des Anschlussstifts bzw. eines Kerns des Anschlussstifts bei Ausführung der Durchführung als Druckeinglasung bevorzugt an den Ausdehnungskoeffizienten des Fixiermaterials angepasst oder wird etwas kleiner gewählt. Für eine Druckeinglasung kann beispielsweise ein austenitischer Stahl mit einem Ausdehnungskoeffizienten von ca. 16 -10’6 1/ K mit einem Bismut-basierenden Glas mit einem Ausdehnungskoeffizienten von ca. 10,5 -10’6 1/ K und einem Kern aus ferritischem Stahl mit einem Ausdehnungskoeffizienten von ca. 10 ’6 1/ K kombiniert werden.
Alternativ zu einer Druckeinglasung können der Ausdehnungskoeffizient des Grundkörpers und der Ausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials aneinander angepasst sein. Dabei ist es bevorzugt, wenn eine Differenz der Ausdehnungskoeffizienten kleiner ist als 5%.
Insbesondere wird unter einer angepassten Durchführung verstanden, dass sich die Ausdehnungskoeffizienten im Wesentlichen um höchstens 1 * 10 ’6 1/K unterscheiden, insbesondere im Wesentlichen gleich sind. Der Ausdehnungskoeffizient des Anschlussstifts wird bevorzugt in gleicher Weise an den Ausdehnungskoeffizienten des Fixiermaterials angepasst.
Soweit oben im Zusammenhang mit einer Druckeinglasung oder einer angepassten Einglasung für Materialien Werte für den Ausdehnungskoeffizienten genannt wurden, beziehen sich diese auf den im Zusammenhang mit Glas-Metall-Durch- führungen üblicherweise angegebenen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a im Temperaturintervall 20-300°C.
In einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Anschlussstift einen Kem aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material aufweist und dass zumindest an einer ersten Seite der elektrischen Durchführung eine erste Stirnfläche des Kems mit einem Abdeckmaterial aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material bedeckt ist, wobei vorteilhaft der Anschlussstift und das Fixiermaterial derart ausgebildet und angeordnet sind, dass an der ersten Seite der elektrischen Durchführung das erste elektrisch leitfähige Material des Kerns unzugänglich ist. Hierzu grenzt das Fixiermaterial direkt an das Abdeckmaterial an.
Es ist vorteilhaft, wenn die erste Seite der elektrischen Durchführung, an der das erste elektrisch leitfähige Material des Kems vorteilhaft unzugänglich ist, die Seite ist, welche bei Bildung eines Gehäuses nach innen weist. Die erste Stirnfläche des Kerns mit Abdeckmaterial weist somit bei Bildung eines Gehäuses nach innen. Eine alternative Anordnung, bei welcher das erste elektrisch leitfähige Material des Kems von der bei Bildung eines Gehäuses nach außen weisenden Seite unzugänglich ist, ist selbstverständlich ebenfalls möglich und ebenfalls vorteilhaft.
Wenn das Gehäuseteil einen unsymmetrischen Verbindungsflansch aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Durchführung symmetrisch ist, indem beide Stirnflächen des Kems mit dem Abdeckmaterial aus dem zweiten elektrisch leitfähigen Material bedeckt sind.
Der vorgeschlagene Anschlussstift umfasst zumindest zwei verschiedene Materialien, wobei das erste elektrisch leitfähige Material des Kems bevorzugt nach den Anforderungen der Metall-Fixiermaterial-Durchführung ausgewählt ist.
Hierzu kann das erste elektrisch leitfähige Material insbesondere in Hinblick auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Beständigkeit gegenüber Verformung ausgewählt werden. Das zweite elektrisch leitfähige Material wird bevorzugt nach den Anforderungen der elektrischen Speichereinrichtung ausgewählt. Insbesondere kann das zweite elektrisch leitfähige Material in Hinblick auf eine chemische Beständigkeit gegenüber Materialien der Speicherzelle und elektrochemische Potentiale ausgewählt werden.
Der Anschlussstift kann beispielsweise eine Kreiszylinderform aufweisen, wobei die Mantelflächen des Zylinders zum Fixiermaterial weisen und zumindest eine der Stirnflächen des Kerns mit dem Abdeckmaterial überdeckt ist. Neben der Kreiszylinderform sind auch allgemeine Zylinderformen mit anderen Stirnflächenformen denkbar. Beispielsweise sind ovale Formen oder Rechtecke mit abgerundeten Ecken denkbar.
Zusätzlich zu dem Bedecken einer ersten Stirnfläche des Kerns mit dem Abdeckmaterial kann vorgesehen sein auch eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche des Kems mit einem weiteren Abdeckmaterial aus einem dritten elektrisch leitfähigen Material zu bedecken. Das dritte elektrisch leitfähige Material kann identisch oder verschieden zu dem zweiten elektrisch leitfähigen Material gewählt sein. Bei verschiedener Wahl kann insbesondere das zweite elektrisch leitfähige Material an die Erfordernisse der Materialien einer Speicherzelle angepasst werden und das dritte elektrisch leitfähige Material kann beispielsweise auf ein einfaches, sicheres Verbinden mit elektrischen Anschlüssen optimiert werden. Als ein Kriterium für die Materialauswahl können beispielsweise Schweißeigenschaften oder Löteigenschaften herangezogen werden.
Eine zum Fixiermaterial weisende Mantelfläche des Kems ist in einer vorteilhaften Variante zumindest teilweise nicht mit Abdeckmaterial bedeckt und grenzt direkt an das Fixiermaterial an. Bevorzugt ist die Mantelfläche des Kems vollständig frei von dem Abdeckmaterial. In einer anderen vorteilhaften Variante ist Oberfläche des Kems vollständig mit Abdeckmaterial überdeckt, so dass insbesondere auch die Mantelfläche vollständig mit Abdeckmaterial bedeckt ist.
Bevorzugt ist ein Schmelzpunkt des Fixiermaterials geringer gewählt als der Schmelzpunkt aller Materialien des Anschlussstifts. Dadurch wird gewährleistet, dass bei Herstellung der Metall-Fixiermaterial Durchführung unter Verwendung eines Temperaturbehandlungsschrittes, beispielsweise zum Sintern oder Einglasen des Fixiermaterials, der Anschlussstift nicht geschädigt wird. Bevorzugt ist das zweite elektrisch leitfähige Material und/oder das dritte elektrisch leitfähige Material mittels Plattieren, Galvanisieren, Beschichten, Aufdampfen, Schweißen oder Löten auf die Stirnfläche des Kems aufgebracht. Werden nur vergleichsweise geringe Dicken des Abdeckmaterials aufgebracht, werden Galvanisieren, Beschichten und Aufdampfen bevorzugt. Umgekehrt werden Plattieren, Schweißen und Löten bevorzugt, wenn vergleichsweise hohe Dicken des Abdeckmaterials aufgebracht werden.
Beim Plattieren werden üblicherweise die Ausgangsmatenalien, also beispielsweise das Abdeckmaterial und das Material des Kerns in Form von Platten oder Bändern bereitgestellt und übereinandergelegt und durch Walzen miteinander verbunden. Beim Verlöten oder Verschweißen kann beispielsweise das Abdeckmaterial in Form eines Blechs oder einer Folie auf das Kernmaterial aufgelegt werden und mit diesem verschweißt oder verlötet werden.
Als Aufdampfverfahren kommen beispielsweise physikalische Dampfphasenabscheidungsverfahren (physical vapor deposition, PVD) wie Sputtern, chemische Aufdampfverfahren (chemical vapor deposition, CVD) oder Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) in Frage.
Unabhängig von der Art des Aufbringens ist das Abdeckmaterial bevorzugt frei von Öffnungen oder Fehlstellen angeordnet, so dass die entsprechende Stirnfläche des Kems vollständig überdeckt wird. Insbesondere soll hierdurch vermieden werden, dass das erste leitfähige Material mit Materialien aus dem Inneren eines Energiespeichers in Berührung kommt.
Des Weiteren wird das Abdeckmaterial bevorzugt derart ausgewählt und angeordnet, dass es für ein Anlöten oder Anschweißen elektrischer Kontakte wie beispielsweise Kontaktfahnen geeignet ist. Entsprechend ist das Abdeckmaterial bevorzugt derart ausgestaltet, dass es für das Anlöten oder Anschweißen elektrische Kontakte geeignet ist und dabei keine Risse oder Öffnungen in dem Abdeckmaterial entstehen.
Bevorzugt sind die metallischen Materialien, die mit einem Elektrolyten in Kontakt kommen können, und/oder das Fixiermaterial derart ausgewählt, dass es gegen Elektrolyten, insbesondere wässrige und/oder nicht-wässrige Elektrolyten beständig ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Materialien der Durchführung eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber nicht wässrigen Batterieelektrolyten, insbesondere gegenüber Carbonaten, bevorzugt Carbonatmischungen mit einem Leitsalz, bevorzugt umfassend LiPFe aufweisen.
Das erste elektrisch leitfähige Material des Kems des Anschlussstifts ist bevorzugt ausgewählt aus Stahl, insbesondere ferritischer, austenitischer oder Duplex- Stahl, rostfreier Stahl, Edelstahl, Edelstahl, Eisen-Nickel-Legierungen, Eisen-Ni- ckel-Kobalt-Legierungen, KOVAR, Molybdän, Titan, Titan-Legierung, Aluminium oder Aluminium-Legierung.
Das zweite elektrisch leitfähige Material und/oder das dritte elektrisch leitfähige Material des Anschlussstifts ist bevorzugt ausgewählt aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, AlSiC, Kupfer, eine Kupferlegierung, Molybdän, Nickel oder Nickellegierungen, Palladium, Silber oder Gold.
Ein bevorzugtes Beispiel für einen Anschlussstift weist einen Kem aus einem Edelstahl, insbesondere einem ferritischen Edelstahl, und ein Abdeckmaterial aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf.
Aber auch andere Materialkombinationen, bei denen ein Schmelzpunkt des zweiten elektrisch leitfähigen Materials und/oder des dritten elektrisch leitfähigen Materials geringer ist als ein Schmelzpunkt des ersten elektrisch leitfähigen Materials des Kems des Anschlussstifts sind bevorzugt. Üblicherweise ist an Gehäusen für eine Energiespeichereinrichtung ein Sicherheitsventil und/oder eine Sollbruchstelle als Sicherheitselement vorgesehen, um im Fall eines Überdrucks im Inneren diesen kontrolliert abzubauen. Bevorzugt weist das Gehäuseteil ein solches Sicherheitselement auf. Dazu ist es bevorzugt, eine Auspresskraft für den vom Fixiermaterial gehaltenen Anschlussstifts so zu wählen, dass der Anschlussstift bei Überschreiten einer vorgegebenen Auspresskraft herausgedrückt wird. Ein derartiges Anpassen der Auspresskraft ist beispielsweise aus der DE 202020106 518 U1 bekannt.
Bevorzugt ist das Fixiermaterial und dessen Verbindung mit der Wandung der Durchgangsöffnung und dem Anschlussstift derart ausgeführt ist, dass über einer vorgegebenen Auspresskraft eine Sicherheitsventilfunktion bereitgestellt wird, wobei die vorgegebene Auspresskraft die vorgegebene Auspresskraft durch eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen eingestellt wird: a. Auswählen der Dicke der Einglasung, b. Auswahl des Fixiermaterials, c. Auswählen des Blasenanteils im Fixiermaterial, d. Strukturieren der Oberfläche des Fixiermaterials durch Einstellen der Form eines Fixiermaterialformkörpers vor dem Einglasen, e. Strukturieren der Oberfläche des Fixiermaterials während des Einglasens, f. Laserbearbeitung der Oberfläche des Fixiermaterials nach Einglasung, g. ein- oder zweiseitiges Einbringen von Kerben oder Verjüngungen in das Fixiermaterial und/oder h. Einbringen von Kerben oder Verjüngungen in den Anschlussstift und/oder den Grundkörper.
Das Gehäuseteils kann vorteilhaft verwendet werden in einer elektrischen Einrichtung, insbesondere einer elektrischen Speichereinrichtung, bevorzugt Mikrobatterie, oder z.B. in einem Sensorgehäuse. Ein erfindungsgemäßes Gehäuseteil mit elektrischer Durchführung wird im Rahmen der Erfindung hergestellt, indem ein scheibenförmiger Grundkörper mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke und einer Durchgangsöffnung, ein Fixiermaterial-Vorläufer und ein Anschlussstift bereitgestellt werden. Dabei wird mindestens der Grundkörper, vorzugsweise auch Fixiermaterial und Anschlussstift, in zufälliger Orientierung bereitgestellt. Das Fixiermaterial bzw. ein Vorläufermaterial kann in Gestalt eines Formkörpers bereitgestellt werden. Das Volumen des Fi- xiermaterial-Vorläufers wird vorteilhaft so bemessen, dass im hergestellten Gehäuseteil das Fixiermaterial an mindestens einer Seite über eine Oberfläche des Grundkörpers hinausragt. Der Formkörper kann beispielsweise die Form eines Hohlzylinders haben. Zur Ausbildung der elektrischen Durchführung wird der Anschlussstift im Formkörper des Fixiermaterials in der Durchgangsöffnung des Grundkörpers angeordnet. Über geeignete Schmelzformen werden Grundkörper, Fixiermaterial-Formkörper, welcher vorzugsweise als Hohlzylinder vorliegt, und Anschlussstift entsprechend der gewünschten Symmetrie des Gehäuseteils positioniert. Im Falle einer symmetrischen Durchführung werden Grundkörper, Fixiermaterial-Formkörper und Anschlussstift symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene positioniert, wobei es keine Rolle spielt, in welche Richtung ein gegebenenfalls vorhandener unsymmetrischer Verbindungsflansch des Grundkörpers zeigt. Wenn der Grundkörper einen symmetrischen Verbindungsflansch aufweist, können über entsprechende Schmelzformen Grundkörper, Fixiermaterial und Anschlussstift auch derart positioniert werden, dass - falls dies gewünscht ist - eine unsymmetrische Durchführung entsteht, bei der die Stirnseiten des Fixiermaterials und/oder Anschlussstifts an der ersten Seite des Gehäuseteils einen anderen Abstand zu der mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene haben als an der zweiten Seite des Gehäuseteils und/oder bei der der Anschlussstift unsymmetrisch ausgebildet ist. Die Schmelzformen werden dabei so ausgebildet und angeordnet und das Volumen des Fixiermaterial-Formkörpers derart gewählt, dass im Bereich der Durchgangsöffnung im fertigen Bauteil die Höhe des Fixiermaterials größer als die Dicke des Grundkörpers ist, und vorzugsweise die Stirnseiten des Fixiermaterials ausgehend vom Anschlussstift im Wesentlichen parallel verlaufen. Durch eine Temperaturbehandlung (Erwärmen) wird anschließend der Anschlussstift in die Öffnung eingeglast, wobei das Fixiermaterial mit dem Material des Anschlussstifts und dem Material des Grundkörpers eine innige Verbindung eingeht. Bis auf den Kontaktbereich zwischen Grundkörper und Fixiermaterial bildet sich die Oberfläche des Fixiermaterials vorteilhaft im Kontakt mit den Schmelzformen. Es handelt sich somit um eine geformte Oberfläche mit einer typischen Rauheit, die oben im Zusammenhang mit dem Gehäuseteil beschrieben wurde. Im Übergang zum Grundkörper, d.h. im Kontaktbereich, kann sich die Oberfläche des Fixiermaterials frei formen und - in einer vorteilhaften Variante - sogar über den Rand der Durchgangsöffnung erstrecken. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist das Bereitstellen einer elektrischen Speichereinrichtung. Die vorgeschlagene elektrische Speichereinrichtung ist insbesondere als Batterie oder als Kondensator, einschließlich Superkondensator, ausgebildet und umfasst ein Gehäuse mit einem hierin beschriebenen Gehäuseteil mit mindestens einer elektrischen Durchführung. Des Weiteren umfasst die elektrische Speichereinrichtung bevorzugt zumindest eine Speicherzelle, insbesondere eine Batteriezelle oder eine Kondensatorzelle, die beispielsweise in einem becherförmigen Gehäuseelement angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Speichereinrichtung ist kompakt aufgebaut ist, so dass im Gehäuseinneren möglichst viel aktives Volumen zur Verfügung gestellt wird, wodurch die Batterie und/oder der Kondensator eine möglichst hohe Kapazität aufweisen kann.
Dabei ist der Grundkörper der elektrischen Durchführung Bestandteil eines Gehäuseteils, das insbesondere als ein Deckel ausgebildet ist oder das Bestandteil eines Deckels ist, der bevorzugt hermetisch dicht mit weiteren Gehäuseteilen verbunden ist, so dass ein hermetisch dichtes Gehäuse für die elektrische Speichereinrichtung ausgebildet wird. Beispielsweise wird zur Bildung des Gehäuses ein Deckel mit der elektrischen Durchführung durch Schweißen mit einem becherförmigen Gehäuseelement verbunden. Unter hermetisch dicht wird hierbei verstanden, dass das Gehäuse eine He-Leckrate kleiner als 10’8 mbar l/sec bei 1 bar Druckunterschied aufweist.
Bei einer vorteilhaften Variante einer elektrischen Speichereinrichtung liegt die Materialstärke oder Dicke des Grundkörpers im Bereich 0,1 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,15 mm bis 0,8 mm, insbesondere 0,15 mm bis 0,6 mm.
Besonders kompakte elektrische Speichereinrichtungen werden zur Verfügung gestellt, wenn die elektrische Speichereinrichtung eine Gesamtbauhöhe von höchstens 40 mm, bevorzugt höchstens 30 mm oder höchstens 20 mm oder höchstens 10 mm aufweist und/oder die Gesamtbauhöhe vorteilhaft im Bereich 1 mm bis 40 mm liegt.
Der Durchmesser, insbesondere einer Mikrobatterien kann 3 mm bis 30 mm oder 4 mm bis 20 mm oder 6 mm bis 16 mm betragen.
In einer vorteilhaften Ausführung handelt es sich bei der elektrischen Speichereinrichtung um eine Mikrobatterie. Grundsätzlich werden bei Mikrobatterien unterschiedliche Bautypen unterschieden, z.B. stiftförmige Mikrobatterien, bei denen ein geringer Durchmesser von wenigen mm durch eine eher große Gesamtbauhöhe kompensiert wird (bis ca. 40 mm), und knopfförmige Mikrobatterien, die einen relativ großen Durchmesser, aber dafür eine geringe Gesamtbauhöhe aufweisen. Bei letzteren kann die Gesamtbauhöhe im Bereich 1 bis 5 mm liegen. Vorteilhaft beträgt die Höhe höchstens 5 mm, vorteilhaft höchstens 4 mm, bevorzugt höchstens 3 mm. Die Erfindung soll nachfolgend anhand der schematischen Figuren und ohne Beschränkung hierauf eingehender beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 : ein bekanntes Gehäuseteil mit einer unsymmetrischen elektrischen Durchführung mit verstärktem Grundkörper im Bereich der Durchgangsöffnung,
Fig. 2: ein weiteres bekanntes Gehäuseteil mit einer unsymmetrischen elektrischen Durchführung mit einem Grundkörper mit flexiblem Flansch,
Fig. 3: ein Gehäuseteil mit elektrischer Durchführung (Vergleichsbeispiel),
Fig. 4: ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung,
Fig. 5: ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung und einem unsymmetrischen Verbindungsflansch,
Fig. 6: ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung und einem unsymmetrischen Verbindungsflansch,
Fig. 7: ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem symmetrischen Verbindungsflansch und unsymmetrischer Durchführung,
Fig. 8: ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem symmetrischen Verbindungsflansch und unsymmetrischer Durchführung,
Fig. 9: ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem symmetrischen Verbindungsflansch und einer symmetrischen Durchführung, Fig. 10: ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung und vollständig beschichtetem Kem des Anschlussstifts,
Fig. 11 : ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung und beidseitiger Bedeckung eines Kems des Anschlussstifts,
Fig. 12: ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem symmetrischen Verbindungsflansch, einer unsymmetrischen Durchführung und einseitiger Bedeckung des Kems des Anschlussstifts,
Fig. 13: ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem symmetrischen Verbindungsflansch, einer symmetrischen Durchführung und beidseitiger Bedeckung des Kems des Anschlussstifts bei bündiger Ausführung und
Fig. 14: einen Ausschnitt einer schematischen Detaildarstellung.
In Figur 1 ist ein im Stand der Technik bekanntes Gehäuseteil 10 mit einer elektrischen Durchführung dargestellt. Das Gehäusesteil 10 umfasst einen Grundkörper 12 mit einer Durchgangsöffnung 14, in die ein Anschlussstift 20 eingesetzt ist. Der Anschlussstift 20 wird über ein Fixiermaterial 16 elektrisch isolierend in der Durchgangsöffnung 14 gehalten. Um mechanische Stabilität und Dichtheit der Durchführung trotz geringer Materialstärke des Grundkörpers 12 bereitzustellen, weist der Grundkörper 12 einen Verstärkungsbereich mit einer Breite W auf, der an die Durchgangsöffnung 14 angrenzt und innerhalb dessen der Grundkörper 12 eine erhöhte Dicke d2 aufweist. Außerhalb des Verstärkungsbereichs weist der Grundkörper 12 die geringere Dicke di auf. An seinem äußeren Rand 17 ist an dem Grundkörper 12 ein Verbindungsflansch zum Verbinden mit einem weiteren Gehäusebauteil ausgebildet. Der Verbindungsflansch ist hier exemplarisch als einseitige Stufe ausgebildet, d.h. es liegt ein unsymmetrischer Verbindungsflansch 18a vor. Figur 2 zeigt ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Gehäuseteil 10 mit elektrischer Durchführung, welches, wie oben beschrieben, einen Grundkörper 12 mit einer Durchgangsöffnung 14 aufweist, in der über ein Fixiermaterial 16 ein Anschlussstift 20 isolierend gehalten ist. Der Grundkörper 12 umfasst zusätzlich einen flexiblen Flansch 30, der beispielsweise durch Umformen des Grundkörpers 12 erhalten wird und einen Übergangsbereich mit einer Weite W aufweist, innerhalb dessen ein flacher Abschnitt des Grundkörpers 12 in einen Ein- glasungsabschnitt mit einer Dicke d2 übergeht, welche größer ist als die Dicke di des flachen Abschnitts des Grundkörpers 12. Der Grundkörper 12 ist in dem Übergangsbereich flexibel und nachgiebig, so dass durch den flexiblen Flansch 30 der Bereich mit der Durchgangsöffnung 14 mechanisch entkoppelt wird. Entsprechend werden mechanische Spannungen anderer Teile des Gehäuses nicht auf das Fixiermaterial 16 übertragen. Des Weiteren kann die Dicke d2 innerhalb des Einglasungsabschnitts in einem weiten Bereich frei gewählt werden, so dass sich eine Einglasungslänge unabhängig von anderen Dimensionen des Grundkörpers 12 bzw. eines Gehäuses mit dem Grundkörper einstellen lässt. Auch bei einem Gehäuseteil 10 mit flexiblem Flansch 30 kann am äußeren Rand 17 des Grundkörpers 12 ein unsymmetrischer Verbindungsflansch 18a vorgesehen sein zum Verbinden mit einem weiteren Gehäusebauteil.
In den Figuren 1 und 2 ist zu erkennen, dass sich aufgrund von aus einer Gehäuseteilebene hervorstehenden Bereichen des Grundköpers 12 - wie Verstärkung mit Dicke d2 und/oder einem flexiblen Flansch 30 - die geometrische Ausgestaltung der Oberseite des Gehäuseteils 10 von der geometrischen Ausgestaltung der Unterseite des Gehäuseteil 10 unterschiedet. - Generell werden im Rahmen der Offenbarung des Standes der Technik, der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele und des Vergleichsbeispiels die Begriffe Oberseite, d.h. die in der Abbildung nach oben zeigende Seite des Gehäuseteils, und Unterseite, d.h. die in der Abbildung nach unten zeigende Seite des Gehäuseteils, allein zur Veranschaulichung der Figurenbeschreibung verwendet ohne Bezug da- rauf, ob die entsprechende Seite später in einer elektrischen Einrichtung zum Innenraum des Gehäuses angeordnet ist oder nach außen zeigt. - Mit Hilfe von aus der Gehäuseteilebene hervorstehenden Bereichen, insbesondere Teilen des Grundkörpers 12, ist die Identifizierung von Oberseite und Unterseite des Grundkörpers 12 bzw. Gehäuseteils 10 einfach. Dadurch gelingt eine sichere Ausrichtung der Gehäuseteil-Einzelteile für die Herstellung der elektrischen Durchführung und/oder die spätere Ausrichtung des Gehäuseteils 10 für den Zusammenbau eines Gehäuses oder Deckels.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jedoch auch den Nachteil solcher bekannter Gehäuseteile 10 auf, und zwar, dass die hervorstehenden Bereiche Raumforderungen bilden, die im Gehäuseinneren oder außerhalb der elektrischen Einrichtung baulich untergebracht werden müssen.
In Figur 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen dünnen, kompakten Gehäuseteils 10 mit einer symmetrischen elektrischen Durchführung dargestellt. Das Gehäuseteil 10 umfasst einen Grundkörper 12 mit einer Durchgangsöffnung 14, in die ein Anschlussstift 20 eingesetzt ist. Der Anschlussstift 20, der hier zwei Stirnseiten 21 und eine Mantelfläche aufweist, wird über ein Fixiermaterial 16 elektrisch isolierend in der Durchgangsöffnung 14 gehalten. Dabei dichtet das Fixiermaterial 16 sowohl gegen eine innere Wandung der Durchgangsöffnung 14 als auch gegen den Anschlussstift 20 ab, so dass die Durchgangsöffnung 14 durch das Fixiermaterial 16 dicht verschlossen wird und eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung ausgebildet wird.
Das dargestellte Gehäuseteil 10 ist insbesondere für die Verwendung im Zusammenhang mit elektrischen Speichereinrichtungen wie Batterien, insbesondere Mikrobatterien, und Kondensatoren geeignet. Entsprechend kann es sich bei dem Gehäuseteil 10 um einen Bestandteil eines Gehäuses für eine solche elektrische Speichereinrichtung handeln, beispielsweise um einen Batteriedeckel oder um einen Bestandteil eines Batteriedeckels. Der Anschlussstift 20 bildet dann beispielsweise ein Anschlussterminal der elektrischen Speichereinrichtung aus. Zum Bilden eines Gehäuses oder Deckels für die elektrische Speichereinrichtung wird das Gehäuseteil 10 mit elektrischer Durchführung mit weiteren Gehäusebauteilen zusammengefügt. Im Fall der Ausgestaltung des Gehäuseteils 10 als ein Deckelteil kann durch Fügen des Deckelteils mit einem becherförmigen Gehäuseelement ein Gehäuse für eine elektrische Speichereinrichtung gebildet werden. Alternativ kann das Gehäuseteil in eine in einem Deckelelement vorgesehene Öffnung eingefügt werden und somit Bestandteil eines Deckels sein. Ein derart aufgebauter Deckel umfasst neben dem erfindungsgemäßen Gehäuseteil 10 somit in Form des Deckelementes mit Öffnung noch mindestens ein weiteres Gehäusebauteil.
Im Inneren einer solchen Speichereinrichtung ist üblicherweise zumindest eine Speicherzelle, wie beispielsweise eine Batteriezelle oder eine Kondensatorzelle, angeordnet. Für das Herstellen einer elektrischen Verbindung kann ein Anschluss einer solchen Speicherzelle mit dem Anschlussstift 20 und ein weiterer Anschluss mit einem weiteren Gehäuseteil elektrisch leitend verbunden werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, in einem Gehäuseteil 10 bzw. Grundkörper 12 mehrere Durchgangsöffnungen 14 auszubilden und mehrere Anschlussstifte 20 anzuordnen, so dass eine mehrpolige Durchführung bereitgestellt wird.
Wie zu erkennen ist, wird im Rahmen der Erfindung ein scheibenförmiger Grundkörper 12 mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke D eingesetzt. Im Wesentlichen einheitliche Dicke bedeutet, dass der Grundkörper 12 außerhalb des Bereichs der Durchgangsöffnung 14 dieselbe Dicke aufweist wie in einem an die Durchgangsöffnung 14 angrenzenden Bereich. Der Grundkörper 12 ist somit flach und weist keine durch Umformungsprozesse erzeugte Verstärkungsmittel, wie z.B. Verstärkung, Kragen, flexibler Flansch oder ähnliches, auf. Mit einem solchen Gehäuseteil 10 können dünne, kompakte Gehäuse mit viel Volumen im Gehäuseinneren bereitgestellt werden. Außerdem weist der Grundkörper 12 eine symmetrische Durchführung auf. Dabei sind das Fixiermaterial 16 und der Anschlussstift 20 symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene S angeordnet, so dass das Gehäuseteil 10 in Bezug auf die Durchführung symmetrisch ist. Im Hinblick auf die Geometrie gibt es somit zwischen Oberseite und Unterseite des Gehäuseteils 10 keine Unterschiede. D.h., die Stirnseite 21 bzw. Oberfläche des Anschlussstifts 20 ist an der Unterseite des Gehäuseteils 10 genauso weit von der Symmetrieebene S beabstandet wie die Stirnseite 21 an der Oberseite des Gehäuseteils 10. Entsprechendes gilt für das Fixiermaterial 16. Ein derart symmetrisches Gehäuseteil 10 kann mit einem geringeren Fertigungsaufwand hergestellt werden, da Maßnahmen zum Feststellen der Orientierung der Einzelteile vor dem Einlegen in Schmelzformen entfallen können.
Außerdem ist vorgesehen, dass die Höhe H des Fixiermaterials größer als die Dicke D des Grundkörpers im Bereich der Durchgangsöffnung 14 ist. Der Unterschied zwischen Höhe H und Dicke D ist hier symmetrisch auf die Seiten des Gehäuseteils 10 aufgeteilt. Die Stirnseiten des Fixiermaterials 16 sind somit jeweils über eine Oberfläche des scheibenförmigen Grundkörpers 12 hinausragend angeordnet. Wie zu erkennen ist, sind die einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Fixiermaterials 16 ausgehend vom Anschlussstift 20 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet - bis auf den Kontaktbereich zwischen Grundkörper 12 und Fixiermaterial 16. Mit anderen Worten hat das Fixiermaterial 16 ausgehend vom Anschlussstift 20 - bis auf den Kontaktbereich zwischen Grundkörper 12 und Fixiermaterial 16 - eine im Wesentlichen einheitliche Höhe. Zum Kontaktbereich zwischen Fixiermaterial und Grundkörper hin konvergieren beide Stirnseiten des Fixiermaterials 16 zum Grundkörper 12 hin. Mit anderen Worten nimmt die Höhe des Fixiermaterials 16 ausgehend vom Grundkörper 12 zu. Der Kontaktbereich zwischen Fixiermaterial und Grundkörper fällt hier mit der Wandung der Durchgangsöffnung 14 zusammen, d.h. er liegt im Bereich der Wandung der Durchgangsöffnung. Eine solche Dimensionierung des Fixiermaterials bietet ebenfalls Fertigungsvorteile, da sichergestellt ist, dass genügend Fixiermaterial 16 für eine sichere Fixierung, insbesondere Einglasung, des Anschlussstifts 20 vorhanden ist und keine unerwünschten Menisken oder sogar Löcher im Kontakt zwischen Fixiermaterial 16 und Anschlussstift 20 und/oder Löcher zwischen Fixiermaterial 16 und Grundkörper 12 vorkommen. Außerdem wird durch die Höhe H des Fixiermaterials 16 die Isolation zwischen Anschlussstift 20 und Grundkörper 12 verbessert, so dass ein Kurzschluss mit dem Grundkörper 10 beim Kontaktieren des Anschlussstiftes 20 vermieden werden kann.
In dem in Figur 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Gehäuseteils 10 sind beide Stirnseiten 21 des Anschlussstifts 20 bündig mit den entsprechenden Oberflächen bzw. Stirnseiten des Fixiermaterials 14 ausgeführt.
Im Hinblick auf die Materialien der Bauteile kann der Anschlussstift 20 beispielsweise ferritischen Stahl umfassen. Der Grundkörper 12 besteht vorzugsweise aus einem Stahl mit einem höheren Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Anschlussstifts 20, insbesondere kann als Material für den Grundkörper 12 austenitischer Stahl gewählt werden. Bei Wahl eines niedrigschmelzenden Fixiermaterials 16 (beispielsweise Bismut-basierendes Glas) kann in Kombination mit einem Grundkörper 12 aus austenitischem Edelstahl eine hermetisch dichte Druckeinglasung bereitgestellt werden. Diese Materialwahl kann auch für andere Ausführungsbeispiele vorteilhaft sein. Selbstverständlich sind andere Materialkombinationen möglich und von der Erfindung mit umfasst.
In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile wie in den Figuren 1 bis 4 sind mit denselben Bezugszeichen belegt.
Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit symmetrischer Durchführung, die entsprechend zum ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Wie mit Bezug zum ersten Ausführungsbeispiel anhand von Figur 4 beschrieben, weist die elektrische Durchführung einen flachen, scheibenförmigen Grundkörper 12 mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke D und mit einer Durchgangsöffnung 14 auf, in der über ein Fixiermaterial 16 ein Anschlussstift 20 isolierend gehalten ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper 12 an seinem äußeren Rand 17 einen umlaufenden unsymmetrischen Verbindungsflansch 18a aus, der hier in Form einer einseitigen Stufe ausgebildet ist. Neben dem Verbinden mit einem weiteren Gehäusebauteil, z.B. über Schweißen oder Löten, dient ein solcher Verbindungsflansch der Ausrichtung und Zentrierung des Gehäuseteils 10 beim Zusammenbau eines Gehäuses oder eines Deckels. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das weitere Gehäusebauteil einen zum Verbindungsflansch passenden Gegenflansch aufweist. Auch bei dem dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Gehäuseteils 10 sind beide Stirnseiten 21 des Anschlussstifts 20 bündig mit den entsprechenden Oberflächen des Fixiermaterials 14 ausgeführt.
Figur 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit symmetrischer Durchführung, das ähnlich zu den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ausgebildet ist, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Erläuterungen verwiesen wird. Abweichend von der oben beschriebenen bündigen Anordnung ist im dritten Ausführungsbeispiel der Anschlussstift 20 in der symmetrischen Durchführung derart angeordnet, dass beide Stirnseiten 21 des Anschlussstifts 20 gleich weit über die entsprechenden Oberflächen des Fixiermaterials 14 hinausragen. Dadurch kann beispielsweise eine einfache Kontaktierung mit Ableitern, Kontaktfahnen etc. erfolgen. Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel ist beim dritten Ausführungsbeispiel am äußeren Rand 17 des Grundkörpers 12 ein unsymmetrischer Verbindungflansch 18a vorgesehen, der hier jedoch als einseitige Fase, Abschrägung etc. realisiert ist. Grundsätzlich sind auch Kombinationen von Stufe und Abschrägung zur Ausbildung eines unsymmetrischen Verbindungsflansches möglich. Den in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass sie die beschriebene erfindungsgemäße symmetrische Durchführung aufweisen. Im Zuge der Fertigung des Gehäuseteils 10 ist es somit nicht erforderlich, an dem Grundkörper 12 vor dem Einlegen in die Schmelzform zu bestimmen, in welche Richtung ein gegebenenfalls vorhandener unsymmetrischer Verbindungsflansch 18a des Grundkörpers 12 zeigt, da sich die Geometrie von Oberseite und Unterseite des Gehäuseteils bis auf ggf. am Rand vorhandene Merkmale nicht unterscheiden. Fehler in der Orientierung des Grundkörpers 12 im fertigen Gehäuseteil 10 können somit nicht auftreten im Unterschied zu dem in Figur 3 exemplarisch dargestellten Vergleichsbeispiel eines Gehäuseteils 10 mit elektrischer Durchführung.
Der Grundkörper 12 des Vergleichsbeispiels aus Figur 3 entspricht dem in Figur 5 gezeigten scheibenförmigen Grundkörper 12 und weist hier auch einen unsymmetrischen Verbindungsflansch 18a auf. Das Fixiermaterial 16 und der Anschlussstift 20 sind in dem Vergleichsbeispiel jedoch nicht symmetrisch zu der mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene S angeordnet. Um bei der Fertigung eines Gehäuseteils 10 mit einer solchen unsymmetrischer Durchführung und unsymmetrischem Verbindungsflansch 18a sicherzustellen, dass der Anschlussstift 20 im fertigen Gehäuseteil 10 auf der gewünschten Seite über den Grundkörper 12 hervorsteht, muss der Grundkörper 12 im Zuge der Gehäuseteilfertigung vorab orientiert werden, damit er mit der korrekten Ausrichtung des unsymmetrischen Verbindungsflansches 18a in der Schmelzform eingelegt ist. Dies ist aufwändig, und es können Fehler auftreten, insbesondere wenn es sich um einen sehr dünnen Grundkörper 12 (beispielsweise für eine Mikrobatterie) handelt, bei dem die einseitige Abstufung oder einseitige Abschrägung am Verbindungsflansch sehr klein ist.
Die Figuren 7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele der zweiten Ausführung der Erfindung mit symmetrischem Verbindungsflansch 18b. Auch bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführung umfasst das Gehäuseteil 10 einen Grundkörper 12 mit einer Durchgangsöffnung 14, in die ein Anschlussstift 20 eingesetzt ist. Der Anschlussstift 20, der hier zwei Stirnseiten 21 und eine Mantelfläche aufweist, wird über ein Fixiermaterial 16 elektrisch isolierend in der Durchgangsöffnung 14 gehalten. Dabei dichtet das Fixiermaterial 16 sowohl gegen eine innere Wandung der Durchgangsöffnung 14 als auch gegen den Anschlussstift 20 ab, so dass die Durchgangsöffnung 14 durch das Fixiermaterial 16 dicht verschlossen wird und eine Metall-Fixiermaterial-Durchführung ausgebildet wird.
Wie zu erkennen ist, kommt auch hier ein scheibenförmiger Grundkörper 12 mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke D zum Einsatz. Im Wesentlichen einheitliche Dicke bedeutet, dass der Grundkörper 12 außerhalb des Bereichs der Durchgangsöffnung 14 dieselbe Dicke aufweist wie in einem an die Durchgangsöffnung 14 angrenzenden Bereich. Der Grundkörper 12 ist somit flach und weist keine durch Umformungsprozesse erzeugte Verstärkungsmittel, wie z.B. Verstärkung, Kragen, flexibler Flansch oder ähnliches, auf. Mit einem solchen Gehäuseteil 10 können dünne, kompakte Gehäuse mit viel Volumen im Gehäuseinneren bereitgestellt werden.
An seinem äußeren Rand 17 weist der flache Grundkörper 12 einen um laufenden symmetrischen Verbindungsflansch 18b, der symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegenden Symmetrieebene S angeordnet ist, auf, indem hier am Rand 17 des Grundkörpers 12 sowohl an seiner Oberseite als auch an seiner Unterseite übereinstimmende Fasen bzw. Abschrägungen (siehe Figur 7) oder übereinstimmende Stufen (siehe Figur 8) ausgebildet sind, d.h. es liegt eine beidseitige Anfasung und/oder Abstufung vor. Auch Kombinationen von Fasen und Abstufungen sind möglich, solange die Symmetrie des Verbindungsflansches 18b erhalten bleibt. Ein Grundkörper mit symmetrischem Verbindungs- flansch kann auch weder Stufen noch Fasen am Rand 17 haben (siehe Grundkörper von Figur 4). Auch ein symmetrischer Verbindungsflansch 18b kann der Zentrierung, Ausrichtung und/oder zum Verbinden mit einem weiteren Gehäusebauteil dienen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das weitere Gehäusebauteil einen zum Verbindungsflansch passenden Gegenflansch aufweist.
Bei dem im Figur 7 bezeigten vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung und dem in Figur 8 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das Fixiermaterial 16 und der Anschlussstift 20 abweichend von den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene S angeordnet, so dass das Gehäuseteil in Bezug auf die Durchführung unsymmetrisch ist, d.h. es liegt eine unsymmetrische Durchführung vor.
In Figur 7 weist die an der Oberseite des Gehäuseteils 10 liegende Stirnseite 21 des Anschlussstifts 20 einen größeren Abstand zur Symmetrieebene S auf als die an der Unterseite liegende Stirnseite 21. Auch das Fixiermaterial 16 ist in Bezug auf die Symmetrieebene S entsprechend unsymmetrisch angeordnet. Der Unterschied zwischen Höhe H und Dicke D ist somit unsymmetrisch auf die Seiten des Gehäuseteils 10 aufgeteilt. Wie zu erkennen ist, sind die einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Fixiermaterials 16 auch hier ausgehend vom Anschlussstift 20 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet - bis auf den Kontaktbereich zwischen Grundkörper 12 und Fixiermaterial 16. Mit anderen Worten hat das Fixiermaterial 16 ausgehend vom Anschlussstift 20 - bis auf den Kontaktbereich zwischen Grundkörper 12 und Fixiermaterial 16 - eine im Wesentlichen einheitliche Höhe. Zum Kontaktbereich zwischen Fixiermaterial und Grundkörper hin konvergiert eine Stirnseite des Fixiermaterials 16 zum Grundkörper 12 hin (hier an der Oberseite). Mit anderen Worten nimmt die Höhe des Fixiermaterials 16 ausgehend vom Grundkörper 12 auf einer Seite zu. Der Kontaktbereich fällt auch hier mit der Wandung der Durchgangsöffnung 14 zusammen, d.h. er liegt im Bereich der Wandung der Durchgangsöffnung. Exemplarisch gezeigt ist, dass die untere Stirnseite des Fixiermaterials 16 bündig mit der Unterseite des Grundkörpers 12 ist. In dem vierten Ausführungsbeispiel sind exemplarisch beide Stirnseiten 21 des Anschlussstifts 20 bündig zu jeweils einer Oberfläche bzw. Stirnseite des Fixiermaterials 16 angeordnet. Selbstverständlich sind davon abweichende Ausführungen möglich, indem die Stirnseiten 21 des Anschlussstifts 20 an einer Seite oder an beiden Seiten über das Fixiermaterial hervorstehen (siehe auch Figur 8). Außerdem ist zu erkennen, dass bei einer unsymmetrischen Durchführung vorteilhaft eine Stirnseite 21 des Anschlussstifts 20 bündig zu einer Seite (hier die Unterseite) des Grundkörpers 12 angeordnet sein kann.
Abweichend von dem in Figur 7 beschriebenen Ausführungsbeispiel weist bei dem in Figur 8 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel die an der Unterseite des Gehäuseteils 10 liegende Stirnseite 21 des Anschlussstifts 20 einen größeren Abstand zur Symmetrieebene S auf als die an der Oberseite liegende Stirnseite 21 , während das Fixiermaterial 16 in Bezug auf die Symmetrieebene S hier symmetrisch angeordnet ist. Der Unterschied zwischen Höhe H und Dicke D ist hier symmetrisch auf die Seiten des Gehäuseteils 10 aufgeteilt. Außerdem ist anhand dieses Ausführungsbeispiels exemplarisch gezeigt, dass bei einem Gehäuseteil 10 mit symmetrischem Verbindungsflansch 18b mindestens eine Stirnseite 21 des Anschlussstifts 20 über eine Oberfläche bzw. Stirnseite des Fixiermaterials 16 hinausragend angeordnet sein kann.
Die anhand der Figuren 7 und 8 beschriebenen Ausführungen einer unsymmetrischen Durchführung sind rein exemplarisch zu verstehen. Die beschriebenen Merkmale können auch beliebig anders kombiniert sein.
Dadurch, dass die unsymmetrische Durchführung mit einem Grundkörper 12 mit symmetrischen Verbindungsflansch realisiert ist, ist der Fertigungsaufwand für ein Gehäuseteil 10 reduziert, da die Orientierung des Grundkörpers 12, bezogen auf die spätere Oberseite bzw. Unterseite, während der Fertigung des Gehäuseteils 10 keine Rolle spielt. Die Seiten des Gehäuseteils 10 müssen erst bei der Weiterverarbeitung identifiziert werden, beispielsweise beim Verbinden mit anderen Gehäuseteilen, Ableiter usw.
Figur 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der das Gehäuseteil 10 sowohl einen symmetrischen, hier exemplarisch als beidseitige Stufe geformten Verbindungsflansch 18b als auch eine symmetrische elektrische Durchführung, die entsprechend zum ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, aufweist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird jeweils auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Es ist selbstverständlich, dass die symmetrische Durchführung auch anders realisiert sein kann, z.B. wie im dritten Ausführungsbeispiel, und dass auch der symmetrische Verbindungsflansch 18b alternativ oder zusätzlich z.B. eine beidseitige Fase umfassen kann. Ein derart symmetrisches Gehäuseteil 10 bietet nicht nur Vorteile bei seiner Fertigung, sondern auch bei seiner Weiterverarbeitung, da aufwändige Maßnahmen zur Feststellung der Orientierung Gehäuseteils 10 entfallen können oder reduziert sind und die Gefahr von Orientierungsfehlern verringert ist.
Die Figuren 10 bis 13 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung mit symmetrischer elektrischer Durchführung und/oder symmetrischem Verbindungsflansch. Da in den folgenden Figuren gleiche Bauteile wie in den Figuren 1 bis 9 mit denselben Bezugszeichen belegt sind, wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen und im Folgenden die vorteilhaften Weiterbildungen näher beschrieben.
In den Figuren ist zu erkennen, dass der Anschlussstift 20 einen Kem 22 aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material aufweist und dass zumindest an einer ersten Seite der elektrischen Durchführung eine erste Stirnfläche des Kems 22 mit einem Abdeckmaterial 24 aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material bedeckt ist, wobei vorteilhaft das Abdeckmaterial 24 und das Fixiermaterial 16 derart ausgebildet und angeordnet sind, dass zumindest an der ersten Seite der elektrischen Durchführung das erste elektrisch leitfähige Material des Kems 22 unzugänglich ist.
Wie auch bei den oben geschriebenen Ausführungsbeispielen muss der Anschlussstift 20 in seinen Materialeigenschaften, insbesondere betreffend seinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, an die Erfordernisse der gebildeten Me- tall-Fixiermaterial-Durchführung angepasst sein. Um Korrosion des Anschlussstifts 20 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, sollte zudem das Material des Anschlussstifts 20 vorteilhaft an die in der Speicherzelle verwendeten Materialien wie die Materialien der Stromableiter, Elektrodenmaterialen und Elektro- lyte angepasst sein. Um beide Anforderungen zu erfüllen ist in einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass der Anschlussstift 20 einen Kern 22 aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material aufweist, welches an die Anforderungen der Metall-Fixiermaterial-Durchführung angepasst ist, und an einer Stirnfläche ein Abdeckmaterial 24 aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material aufweist, welches an die Erfordernisse der Speicherzelle angepasst ist, um z.B. Korrosion zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Das Abdeckmaterial 24 und das Fixiermaterial 16 sind dabei in der elektrischen Durchführung vorteilhaft derart angeordnet, dass an einer ersten Seite der Durchführung, an der sich das Abdeckmaterial 24 befindet, das Kernmaterial 22 des Anschlussstifts unzugänglich ist. Dazu grenzt das Abdeckmaterial 24 bevorzugt direkt an das Fixiermaterial 16 an.
Das Abdeckmaterial 24 kann sich dabei auf der Seite der elektrischen Durchführung befinden, welche bei Bildung eines Gehäuses nach innen weist. Das zweite elektrisch leitfähige Material kann beispielsweise mittels Plattieren auf die Stirnfläche des Kerns 22 des Anschlussstifts 20 aufgebracht sein. Es sind aber auch andere Varianten denkbar, um das zweite elektrisch leitfähige Material aufzubringen. So können beispielsweise dünne Bleche oder Folien aus dem zweiten elektrisch leitfähigen Material mittels Verschweißen oder Verlöten mit dem Kem 22 verbunden werden oder das zweite elektrische Material kann durch galvanisches Beschichten oder ein Aufdampfverfahren aufgebracht werden.
Im Hinblick auf die Materialien der Bauteile kann ein mehrteiliger Anschlussstift 20 beispielsweise einen Kern 22 aus ferritischem Stahl als erstes elektrisch leitfähiges Material und an mindestens einer Seite des Kerns 22 ein Abdeckmaterial 24, 25 aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als zweites elektrisch leitfähiges Material aufweisen, beispielsweise im Fall einer Ausgestaltung des Gehäuseteils für die Verwendung in einer Lithium-Ionen Batterie. Der Grundkörper 12 kann aus einem Stahl mit einem höheren Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Kerns 22 gebildet sein, insbesondere kann als Material für den Grundkörper 12 austenitischer Stahl gewählt werden. Bei Wahl eines niedrigschmelzenden Fixiermaterials 16, z.B. eines Bismut-basierenden Glases, kann in Kombination mit einem Grundkörper 12 aus austenitischem Edelstahl eine hermetisch dichte Druckeinglasung bereitgestellt werden. Selbstverständlich sind andere Matenalkombinationen möglich und von der Erfindung mit umfasst.
Bei Ausführungsbeispielen mit symmetrischer Durchführung und unsymmetrischem Verbindungsflansch 18a (siehe Figuren 10, 11 ) ist es wichtig, dass der Anschlussstift 20 mit Kem 22 und Abdeckmaterial 24 symmetrisch aufgebaut ist:
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel in Figur 10 ist der Kern 22 des Anschlussstifts 20 vollständig beschichtet, so dass alle Oberflächen des Kems 22 von dem Abdeckmaterial 24 bedeckt sind. Entsprechend sind insbesondere beide Stirnflächen und eine Mantelfläche des Kems 22 von dem Abdeckmaterial 24 bedeckt. Beide Stirnseiten 21 des Anschlussstifts 20 sind hier beispielhaft bündig mit den entsprechenden Oberflächen des Fixiermaterials 14 ausgeführt. Alternativ könnten diese jedoch auch über das Fixiermaterial 14 hervorstehen. Bei dem achten Ausführungsbeispiel in Figur 11 ist eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche des Kems 22 mit einem weiteren Abdeckmaterial 25 aus einem dritten elektrisch leitfähigen Material bedeckt ist, welches identisch zu dem zweiten elektrisch leitfähigen Material gewählt ist. Außerdem bleibt hier eine Mantelfläche des Kems 22 des Anschlussstifts 20 frei von dem Abdeckmaterial 24. Hierdurch wird erreicht, dass das Abdeckmaterial 24 die Eigenschaften der Metall-Fixiermaterial-Durchführung nicht verändert. Die beiden Materialien können somit jeweils völlig unabhängig voneinander gewählt werden, um eine optimale Anpassung an die Anforderungen der Speicherzellen im Inneren des Gehäuses und an der Außenseite des Gehäuses sowie an das Ausbilden der Metall-Fixiermaterial-Durchführung zu erzielen. Beide Stirnseiten 21 des Anschlussstifts 20 stehen hier beispielhaft über die entsprechenden Oberflächen bzw. Stirnseiten des Fixiermaterials 14 hervor. Dadurch, dass der Abdeckmaterial 24 und das Fixiermaterial 16 derart ausgebildet und angeordnet sind, dass an beiden Seiten der elektrischen Durchführung das erste elektrisch leitfähige Material des Kems 22 unzugänglich ist, ist der Kem vor Korrosion geschützt und kann auch besser kontaktiert werden.
Bei Ausführungsbeispielen mit symmetrischem Verbindungsflansch 18b (siehe Figuren 12 und 13) kann der Anschlussstift 20 mit Kem 22 und Abdeckmaterial 24 auch unsymmetrisch aufgebaut sein:
Bei dem neunten Ausführungsbeispiel in Figur 12 weisen die Stirnseiten 21 des Anschlussstifts 10 unterschiedliche Abstände zur Symmetrieebene S auf und eine Stirnseite 21 des Anschlussstifts 20 ragt über das Fixiermaterial 16 hervor, während die andere Stirnseite 21 bündig sein kann. Abweichend zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist auch nur an einer Seite des Kems 22 ein Abdeckmaterial 24 vorgesehen, wobei bei dieser Ausführung der Kem 24 von der Seite aus zugänglich ist, was möglich sein kann, wenn z.B. das Material des Kems 24 nicht korrosionsgefährdet ist oder die Korrosion durch andere Maßnahmen verhindert wird. Das Abdeckmaterial 24 kann in diesem Fall z.B. zur besseren elektrischen Kontaktierung dienen. Alternativ könnte die Anordnung des Abdeckmaterials 24 so gewählt sein, dass im Zusammenspiel mit dem Fixiermaterial 16 das erste elektrisch leitfähige Material des Kerns 22 nicht zugänglich ist, indem das Fixiermaterial 16 direkt an das Abdeckmaterial 24 angrenzt.
Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel in Figur 13 sind der Verbindungsflansch und die Durchführung symmetrisch, während der Anschlussstift unsymmetrisch ausgebildet ist. Eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche des Kems 22 ist mit einem weiteren Abdeckmaterial 25 aus einem dritten elektrisch leitfähigen Material bedeckt ist, welches verschieden zu dem zweiten elektrisch leitfähigen Material gewählt ist. Bei verschiedener Wahl kann insbesondere das zweite elektrisch leitfähige Material an die Erfordernisse der Materialien einer Speicherzelle angepasst werden und das dritte elektrisch leitfähige Material kann beispielsweise auf ein einfaches und sicheres Verbinden mit elektrischen Anschlüssen optimiert werden. Als ein Kriterium für die Materialauswahl können beispielsweise Schweißeigenschaften oder Löteigenschaften herangezogen werden. - Wenn in dem gezeigten Ausführungsbeispiele die Abdeckmaterialien alternativ gleich gewählt worden wären, wäre ein Gehäuseteil 10 verwirklicht mit symmetrischer Durchführung, symmetrischem Anschlussstift und symmetrischem Verbindungsflansch.
Figur 14 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Detailzeichnung, deren Merkmale und vorteilhafte Varianten - ggf. mit entsprechender Anpassung - mit jedem Ausführungsbeispiel, insbesondere den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, kombiniert werden können. Rein exemplarisch dargestellt, ist eine symmetrische Durchführung. Selbstverständlich lassen sich auch vorteilhafte unsymmetrische Durchführungen verwirklichen. Bei der Darstellung des Gehäuseteils 10 im vertikalen Querschnitt weist der Grundkörper 12 zu dem in seiner Durchgangsöffnung 14 angeordneten Anschlussstift 20 einen Abstand A auf, der mit Fixiermaterial 16 gefüllt ist. Der Abstand A ist somit die Distanz zwischen Wandung der Durchgangsöffnung 14 und Wandung des Anschlussstifts 20. Der Anschlussstift 20 weist eine Dicke I auf.
Wie in den anderen Figuren ist auch hier zu erkennen, dass im Bereich der Durchgangsöffnung 14 die Höhe H des Fixiermaterials 16 größer als die Dicke D des Grundkörpers 12 ist. Beide Stirnseiten des Fixiermaterials 16 sind hier jeweils über eine Oberfläche des Grundkörpers 12 hinausragend angeordnet. Dabei sind die einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Fixiermaterials 16 ausgehend vom Anschlussstift 20 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, bis auf den Kontaktbereich zwischen Grundkörper 12 und Fixiermaterial 16. Mit anderen Worten hat das Fixiermaterial 16 ausgehend vom Anschlussstift 20 bis auf den Kontaktbereich zwischen Grundkörper und Fixiermaterial eine im Wesentlichen einheitliche Höhe H.
Zum Kontaktbereich zwischen Fixiermaterial und Grundkörper hin konvergieren beide Stirnseiten des Fixiermaterials 16 zum Grundkörper 12 hin. Mit anderen Worten nimmt die Höhe des Fixiermaterials 16 ausgehend vom Grundkörper 12 in Richtung Anschlussstift 20 zu. Im Falle der durchgezogenen Linie des Fixiermaterials 16, fällt der Kontaktbereich zwischen Oberfläche des Fixiermaterials 16 und Grundkörper 12 mit der Wandung der Durchgangsöffnung 14 zusammen, was aber nicht der Fall sein muss, siehe gestrichelte Erweiterung des Fixiermaterials, welche einen Fixiermaterialüberlauf 28 veranschaulicht, was weiter unten beschrieben wird.
Indem sich die Steigung bzw. Krümmung 26 der Fixiermaterialkontur im Bereich, in dem die Oberfläche des Fixiermaterials 16 Kontakt zu dem Grundkörper 12 bekommt, frei einstellen kann, können Volumenschwankungen beim Fixiermate- rial und Schwankungen in der Dimensionierung der Bauteile ausgeglichen werden. In Abhängigkeit vom Volumen des Fixiermaterials und den konstruktiven Gegebenheiten, kann die Steigung bzw. Krümmung 26 steiler oder flacher sein, und das Fixiermaterial kann sogar den Rand der Durchgangsöffnung überdecken und einen Fixiermaterialüberlauf bilden (siehe unten).
Bei Betrachtung des mit durchgezogener Linie dargestellten Fixiermaterials 16 wird die gewünschte im Wesentlichen einheitliche Höhe H des Fixiermaterials in dem gezeigten Beispiel spätestens nach ca. 15% des Abstandes A zwischen Grundkörper 12 und Anschlussstift 20 erreicht, wobei der Bezugspunkt, d.h. der Ausgangspunkt für die Betrachtung, der Grundkörper ist. Es bildet sich somit rasch ein Plateau P aus, bei dem das Fixiermaterial 16 eine im Wesentlichen konstante Höhe aufweist und die Stirnseiten des Fixiermaterials im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Ein Plateau P mit konstanter Höhe des Fixiermaterials erstreckt sich hier vorteilhaft über mindestens 85% des Abstandes zwischen Grundkörper und Anschlussstift.
In einer vorteilhaften Variante des Gehäuseteils 10 ragt das Fixiermaterial 16 nicht nur über die Oberfläche des Grundkörpers 12 hinaus, sondern überdeckt den Rand der Durchgangsöffnung 14 und auch einen an die Durchgangsöffnung 14 angrenzenden Bereich der Oberseite des Grundkörpers (siehe gestrichelte Linie des Fixiermaterials). Die Überdeckung ist in dem gezeigten Beispiel auf beiden Seiten des Grundkörpers symmetrisch. Es sind jedoch auch unsymmetrische Varianten und/oder einseitige Varianten möglich. Es ist ein Fixiermaterialüberlauf 28 bzw. eine Fixiermaterialüberdeckung realisiert. Dadurch wird ein Reservoir für das Fixiermaterial 16 noch größer, und der Isolationseffekt wird verstärkt. Im Vergleich zur Variante ohne Fixiermaterialüberdeckung 28 ist die Breite des Plateaus P noch größer. Ein Plateau mit im Wesentlichen konstanter Höhe des Fixiermaterials erstreckt sich hier über mehr als 100% des Abstandes A zwischen Grundkörper 12 und Anschlussstift 20. Außerdem ist in Figur 14 zu erkennen, dass bei dem Gehäuseteil 10 eine gedachte, im Kontaktpunkt mit dem Anschlussstift an die Oberfläche des Fixiermaterials 16 angelegte Tangente einen Kontaktwinkel a mit dem Anschlussstift 20 von ca. 90° bildet. Mit anderen Worten liegt ein rechter Winkel vor, natürlich innerhalb der Grenzen der üblichen Fertigungstoleranzen, hier vorzugsweise 90° mit einer Abweichung von +/- 2°. Dadurch wird ein hermetischer Anschluss und zugleich eine kompakte Durchführung bereitgestellt. Ein größerer Kontaktwinkel außerhalb der genannten Abweichung, d.h. ein stumpfer Winkel zwischen Tangente und Anschlussstift, führt zu einem Graben im Kontaktbereich zwischen Fixiermaterial 16 und Anschlussstift 20, wodurch die Herstellung einer hermetisch dichten Durchführung erschwert ist. Ein kleinerer Kontaktwinkel außerhalb der genannten Abweichung, d.h. ein spitzer Winkel zwischen Tangente und Anschlussstift, liegt vor, wenn es einen Hochzug des Fixiermaterials 16 am Umfang des Anschlussstifts 20, auch Meniskus genannt, gibt. Dies ist nachteilig, da die Gefahr besteht, dass Fixiermaterial auf die Stirnseite 21 des Anschlussstifts 20 gelangt.
Schematisch dargestellt ist in Figur 14 der Idealfall einer symmetrischen Durchführung, bei der die mittig in der Grundkörperebene liegende Symmetrieebene S und eine mittig in der Anschlussstiftebene liegenden Anschlussstift-Symmetrie- ebene S‘ übereinander liegen, d.h. keinen Abstand zueinander aufweisen. Bedingt durch Fertigungstoleranzen bei den einzelnen Komponenten des Gehäuseteils und den zur Herstellung benötigten Formen kann es jedoch zu einer Abweichung zwischen den Symmetrieebenen kommen, welche vorzugsweise weniger als 4% der Dicke I des Anschlussstifts 20 beträgt.
Vorstehend wurden anhand der Figuren 4 bis 14 exemplarisch nur einige wenige der möglichen Merkmalskombinationen beschrieben. Viele weitere Kombination von Merkmalen betreffend eine Durchführung (symmetrisch, unsymmetrisch), Merkmalen betreffend einen Verbindungsflansch (symmetrisch, unsymmetrisch) und Merkmalen betreffend einen Anschlussstift (symmetrisch, unsymmetrisch) sind möglich und von der Erfindung mit umfasst.
Mit der Erfindung werden flache, kompakte Gehäuseteile 10 mit verbesserter Symmetrie und geringerem Fertigungsaufwand bereitgestellt, die insbesondere für eine elektrische Einrichtung, insbesondere für einen elektrischen Energiespeicher, geeignet sind. Mit den Gehäuseteilen lassen sich Speichereinrichtungen zur Verfügung stellen, die selbst so kompakt aufgebaut sind, dass im Gehäuseinneren möglichst viel Volumen zur Verfügung gestellt wird, wodurch die Speichereinrichtung, z.B. Batterie und/oder der Kondensator, eine möglichst hohe Kapazität aufweisen kann. Besonders vorteilhaft sind die erfindungsgemäßen Gehäuseteile für Mikrobatterien. Jedoch kann die Erfindung auch bei größeren Speichereinrichtungen und anderen elektrischen Einrichtung, beispielsweise Sensorgehäusen, zum Einsatz kommen. Generell ist die Erfindung einsetzbar bei elektrischen Durchführungen aller Art, beispielsweise auch für Gehäuse für elektronische Bauelemente. Außerdem wird mit der Erfindung eine universell einsetzbare Standarddurchführung bereitgestellt, die unabhängig von den Dimensionen weiterer Gehäusebauteile und/oder der Gehäuse ist.
Bezugszeichenliste
10 Gehäuseteil
12 Grundkörper
14 Durchgangsöffnung
16 Fixiermaterial
17 äußerer Rand von 12
18a unsymmetrischer Verbindungsflansch
18b symmetrischer Verbindungsflansch
20 Anschlussstift
21 Stirnseite von 20
22 Kern
24 Abdeckmaterial
25 weiteres Abdeckmaterial
26 Krümmung
28 Fixiermaterialüberlauf
30 flexibler Flansch d1 erste Dicke im Stand der Technik d2 zweite Dicke im Stand der Technik
W Breite im Stand der Technik
D Dicke von 12
S Symmetrieebene von 12
S‘ Symmetrieebene von 20
H Höhe von 16
A Abstand zwischen 12 und 20
I Dicke von 20
P Plateau a Kontaktwinkel zwischen 16 und 20

Claims

Ansprüche
1 . Gehäuseteil (10), insbesondere für eine elektrische Speichereinrichtung, mit einer elektrischen Durchführung umfassend einen Grundkörper (12) mit einer Durchgangsöffnung (14) und einen in der Durchgangsöffnung (14) angeordneten Anschlussstift (20), der über ein Fixiermaterial (16) elektrisch isolierend in der Durchgangsöffnung (14) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) des Gehäuseteils (10) flach und scheibenförmig mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke (D) ist und eine Höhe (H) des Fixiermaterials (16) größer als die Dicke (D) des Grundkörpers (12) ist, wobei i) der Grundkörper (12) eine symmetrische Durchführung aufweist, indem das Fixiermaterial (16) und der Anschlussstift (20) symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegenden Symmetrieebene (S) angeordnet sind, und/oder ii) der Grundkörper (12) an seinem äußeren Rand (17) einen symmetrischen Verbindungsflansch (18b), der symmetrisch zu einer mittig in der Grundkörperebene liegenden Symmetrieebene (S) angeordnet ist, aufweist.
2. Gehäuseteil (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) mit der symmetrischen Durchführung am äußeren Rand einen Verbindungsflansch aufweist, welcher vorzugsweise eine einseitige Stufe oder einseitige Fase aufweist.
3. Gehäuseteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (21 ) des Anschlussstifts (20) jeweils bündig zu einer Oberfläche des Fixiermaterials (16) angeordnet sind.
4. Gehäuseteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stirnseiten (21 ) des Anschlussstifts (20) über eine Oberfläche des Fixiermaterials (16) hinausragend angeordnet sind.
5. Gehäuseteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) eine Dicke im Bereich 0,1 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,15 mm bis 0,8 mm, insbesondere 0,15 mm bis 0,6 mm aufweist.
6. Gehäuseteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers (12) und/oder Material des Anschlussstifts (20) ausgewählt sind aus Stahl, insbesondere ferritischer, austenitischer oder Duplex-Stahl, rostfreier Stahl, Edelstahl, Edelstahl, Ei- sen-Nickel-Legierungen, Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, KOVAR, Molybdän, Titan, Titan-Legierung, Aluminium oder Aluminium-Legierung.
7. Gehäuseteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstift (20) einen Kern (22) aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material aufweist und dass zumindest an einer ersten Seite der elektrischen Durchführung eine erste Stirnfläche des Kerns (22) mit einem Abdeckmaterial (24) aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material bedeckt ist, wobei vorteilhaft das Abdeckmaterial (24) und das Fixiermaterial (16) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass an der ersten Seite der elektrischen Durchführung das erste elektrisch leitfähige Material des Kems (22) unzugänglich ist.
8. Gehäuseteil (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche des Kems (22) mit einem weiteren Abdeckmaterial (25) aus einem dritten elektrisch leitfähigen Material bedeckt ist, welches identisch oder verschieden zu dem zweiten elektrisch leitfähigen Material gewählt ist.
9. Gehäuseteil (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elektrisch leitfähige Material und/oder das dritte elektrisch leitfähige Material des Anschlussstifts (20) ausgewählt ist aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, AlSiC, Kupfer, eine Kupferlegierung, Molybdän, Nickel oder Nickellegierungen, Palladium, Silber oder Gold.
10. Gehäuseteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixiermaterial (16) ein Glas, eine Glaskeramik oder eine Keramik ist oder dass das Fixiermaterial (16) ein Glas, eine Glaskeramik oder eine Keramik umfasst.
11. Gehäuseteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ausdehnungskoeffizient des Grundkörpers (12) größer ist als ein zweiter Ausdehnungskoeffizient des Fixiermaterials (16) oder dass die Ausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers (12) und des Fixiermaterials (16) aneinander angepasst sind.
12. Gehäuseteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fixiermaterial (16) und dessen Verbindung mit der Wandung der Durchgangsöffnung (14) und dem Anschlussstift (20) derart ausgeführt ist, dass über einer vorgegebenen Auspresskraft eine Sicherheitsventilfunktion bereitgestellt wird, wobei die vorgegebene Auspresskraft die vorgegebene Auspresskraft durch eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen eingestellt wird: a. Auswählen der Dicke der Einglasung, b. Auswahl des Fixiermaterials (16), c. Auswählen des Blasenanteils im Fixiermaterial (16), d. Strukturieren der Oberfläche des Fixiermaterials (16) durch Einstellen der Form eines Fixiermaterialformkörpers vor dem Einglasen, e. Strukturieren der Oberfläche des Fixiermaterials (16) während des Einglasens, f. Laserbearbeitung der Oberfläche des Fixiermaterials (16) nach der Einglasung, g. ein- oder zweiseitiges Einbringen von Kerben oder Verjüngungen in das Fixiermaterial (16) und/oder h. Einbringen von Kerben oder Verjüngungen in den Anschlussstift (20) und/oder den Grundkörper (12).
13. Elektrische Speichereinrichtung, insbesondere eine Batterie, bevorzugt Mikrobatterie, oder ein Kondensator, umfassend ein Gehäuse mit einem Gehäuseteil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7038900B2 (en) * 2003-02-27 2006-05-02 Greatbatch-Sierra, Inc. EMI filter terminal assembly with wire bond pads for human implant applications
US8675338B2 (en) * 2010-03-29 2014-03-18 Biotronik Se & Co. Kg Electrical feedthrough of a capacitor for medical implants and method for the production and use thereof
US20150004478A1 (en) * 2010-04-29 2015-01-01 Greatbatch Ltd. Novel Method For Gold Plated Termination of Hermetic Device
US11462789B2 (en) * 2011-02-18 2022-10-04 Schott Ag Base body for feeding through of a conductor, and a housing component of a housing, in particular a battery housing comprising said base body
DE102014016601A1 (de) 2014-11-11 2016-05-12 Schott Ag Bauteil mit Bauteilverstärkung und Durchführung
WO2020104571A1 (de) 2018-11-23 2020-05-28 Schott Ag Elektrische durchführung glass-metall elektroden
EP3725365A1 (de) * 2019-04-16 2020-10-21 BIOTRONIK SE & Co. KG Durchführungskomponente mit plasmakeramik mit kristallisiertem glaslot
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