DE102008045816B4

DE102008045816B4 - Elektrische Durchführung mit elastischer Dichtung

Info

Publication number: DE102008045816B4
Application number: DE200810045816
Authority: DE
Inventors: Johann 84184 Bernauer
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2028-09-06
Also published as: DE102008045816A1

Abstract

Elektrische Durchführung (1), umfassend zumindest einen durch einen Isolator (3) durchgeführten Leiter (2, 2.1, 2.2), wobei der Leiter (2, 2.1, 2.2) aus dem Isolator (3) herausragt und an zumindest einer Austrittsseite (F3, F4) aus dem Isolator (3) zumindest in dem Bereich, in welchem der Leiter (2, 2.1, 2.2) aus dem Isolator (3) herausragt, in einer elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) eingebettet ist, wobei der Leiter (2) eine Ummantelung (5), welche zumindest abschnittsweise zwischen dem Leiter (2) und der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) angeordnet ist, aufweist, wobei sich die Ummantelung (5) ausgehend von der Austrittsseite (F3, F4) des Isolators oder unter Ausbildung einer Fuge zwischen einer Stirnfläche der Ummantelung (5) und der Austrittseite (F3, F4) des Isolators entlang des Leiters erstreckt, wobei die isolierende Ummantelung derart angeordnet ist, dass die Ummantelung (5) aus der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) herausragt und eine Kontaktfläche der Ummantelung (5) mit...

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung, insbesondere die Isolation eines elektrischen Leiters einer solchen elektrischen Durchführung für die Verwendung in einem Sicherheitsbehälter sowie eine Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung.
Hintergrund der Erfindung
Elektrische Durchführungen werden unter anderem als Bestandteile oder Anbauteile von hermetisch abgeschlossenen oder abzuschließenden Räumen eingesetzt, um elektrische Signale gasdicht durch die Behälterwand zu führen und/oder entsprechende Geräte mit Strom- und/oder Spannung zu versorgen. Beispielhaft sei eine in einer Vakuumkammer plazierte Vakuum-Meßzelle genannt, welche entsprechend betrieben und ausgelesen werden muß.
Elektrische Durchführungen umfassen im Allgemeinen einen oder mehrere in einem Isolator angeordnete Leiter. Bekannte Isolatoren sind beispielsweise aus Kunststoff oder Glas hergestellt. Es werden dabei insbesondere hohe Anforderungen an elektrische Durchführungen hinsichtlich Permeabilität, Temperatur-, Druck-, Strahlungs- und Langzeitstabilität gestellt, welche in bzw. an Wänden sicherheitsrelevanter Räume oder Behälter, wie beispielsweise Gefahrgutbehälter, Druckbehälter oder Sicherheitsbehälter eingesetzt werden, um die Betriebssicherheit im Normal- und Störfallbetrieb zu gewährleisten und ein Eindringen oder Entweichen von Gefahrstoffen zu vermeiden. Auch sollte die Funktionsfähigkeit einer elektrischen Durchführung in einer feuchten Umgebung, insbesondere einer stark verschmutzten, dampfhaltigen Atmosphäre, gewährleistet sein.
So zeigt die GB 2 115 238 A eine Vorrichtung zum Führen isolierter Leiter durch die Wand eines Druck stehenden Kessels. Die Vorrichtung umfasst ein röhrenförmiges durch die Wand führendes Gehäuse und einen dichtenden Körper mit abgestuften Löchern, durch welche teilweise abisolierte Leiter eingeführt werden. Eine weitere Abdichtung wird durch aushärtendes material, eine Druckplatte, ein mit Polyurethan gefüllter Druckring und Keramik erreicht.
Die GB 1 259 047 zeigt eine Vorrichtung zum Zonenschmelzen eines kristallinen Körpers, insbesondere eines Stabes von Halbleitermaterial. Der Schmelzkessel weist elektrische Heizmittel auf, die zwei Leiter umfassen. Diese Leiter werden gasdicht durch eine Öffnung in der Kesselwand geführt und sind durch isolierendes Material, das die Öffnung ausfüllt, voneinander isoliert. Das isolierende Material hat eine Shore Härte von 10 bis 100 und eine Dehnbarkeit von mindestens 20%. Zwischen diesem Isoliermaterial, der Wand der Öffnung und der Oberfläche der Leiter bildet sich eine adhesive Verbindung aus.
Die US 4,960,391 zeigt eine hermetisch abgedichtete elektrische Leiterdurchführung. Das Gehäuse für diese Durchführung wird aus einem Metallelement hergestellt, um eine exakt ebene, an der Wand anliegende Oberfläche eines Befestigungsbereichs zu erhalten. Dieser Bereich erstreckt sich peripher um einen Kontaktaufnahmebereich herum, der innerhalb eines Abdeckungsbereichs durch einen Durchbruch der Wand angeordnet ist. Ferner hat das Gehäuse eine exakt ebene Oberfläche eines Kontaktaufnahmebereichs, um den Zusammenbau exakt konzentrisch angebrachter Kontakt zu erleichtern, die in Durchführungen durch den Aufnahmebereich angebracht sind und darin mittels Glasdichtungen gehalten werden.
Die US 5,017,740 zeigt eine hermetisch abgeschlossene Anschlussvorrichtung für ein Gehäuse. Dieses weist einen sicherungsartigen Bereich im äußeren Pinsegments eines Anschlusspins auf. Letzterer erstreckt abgedichtet durch den Körper der Anschlussvorrichtung. Hierbei kann der Körper gegen die Gehäusewand abgedichtet sein. Der sicherungsartige Bereich ist mit einer thermisch zersetzbaren Beschichtung abgedeckt, welche für den Fall der Zersetzung ein Mittel zur Unterdrückung eines Überschlags enthält. Zum Schutz des äußeren Pinbereichs und zur Befestigung der Endverbindung des Drahtes ist eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen.
Für Anwendungen unter solch extremen Bedingungen hat sich insbesondere Glas als Isolatormaterial bewährt. Um eine, insbesondere in einer feuchten Umgebung, mögliche Isolationsminderung der stromführenden metallischen Leiter zu verringern oder unter Umständen sogar zu vermeiden, sind die aus dem Isolator herausragenden Bereiche des Leiters mit einer isolierenden Ummantelung überzogen. Es werden dazu üblicherweise Schrumpfschläuche, vorzugsweise aus Polyolefin oder Silikon oder Isolierschläuche aus Kunststoff oder Mineralfasergewebe etc. eingesetzt, welche über den Leiter gezogen werden und durch Wärmeschrumpfung bzw. passgenau den Leiter fest und falls erforderlich wasserdicht umschließen Die Ummantelung kann dabei als Kriechstreckenverlängerung dienen.
Als problematisch erweist sich jedoch der Bereich, in dem der Leiter aus dem Isolator herausragt und die Ummantelung mit seiner Stirnfläche an dem Isolator anliegt. Es erweist sich als aufwendig oder sogar unmöglich diese Anlagefläche der Ummantelung an den Isolator dicht abzuschließen. Bei einer unpräzisen Ummantelung des Leiters kann sich in diesem Bereich sogar eine Fuge zwischen dem Isolator und der Ummantelung ausbilden. Der Leiter liegt in diesem Bereich entsprechend offen und ist einer möglichen Korrosion ausgesetzt.
Schwerwiegend wiegt zudem, daß insbesondere bei einer Dampfentwicklung innerhalb oder außerhalb eines solchen Raums, beispielsweise eines Sicherheitsbehälters, Feuchtigkeit auf der Oberfläche einer elektrischen Durchführung kondensieren kann. Dies ermöglicht die Entstehung von unerwünschten Kriechströmen zwischen den offen liegenden Bereichen separater Leiter oder zwischen einem beispielsweise auf Hochspannung liegenden Leiter und einem auf Erdpotential liegenden Mantel der Durchführung. Dies kann letztendlich in einer Beeinflussung der Signalübertragung oder sogar in gefährlichen elektrischen Kurzschlüssen resultieren, wodurch der Betrieb einer sicherheitsrelevanten Anlage gefährdet sein kann.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung:
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Durchführung und ein Verfahren zur deren Herstellung bereitzustellen, welche die vorstehend aufgeführten Nachteile des Standes der Technik zumindest reduzieren. Die elektrischen Durchführungen sollen dabei einfach und wirtschaftlich herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Durchführung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
In einer ersten Ausführungsform umfaßt die vorliegende Erfindung eine elektrische Durchführung, welche zumindest einen durch einen Isolator durchgeführten Leiter umfaßt, wobei der Leiter aus dem Isolator herausragt und an zumindest einer Austrittsseite aus dem Isolator zumindest in dem Bereich, in welchem der Leiter aus dem Isolator herausragt, in einer elastischen Dichtung eingebettet ist.
Hierbei weist der Leiter eine Ummantelung auf, welche zumindest abschnittsweise zwischen dem Leiter und der elastischen Dichtung angeordnet ist, wobei sich die Ummantelung ausgehend von der Austrittseite des Isolators oder unter Ausbildung einer Fuge zwischen einer Stirnfläche der Ummantelung und der Austrittseite des Isolators entlang des Leiters erstreckt. Die isolierende Ummantelung ist derart angeordnet, dass die Ummantelung aus der elastischen Dichtung herausragt und eine Kontaktfläche der Ummantelung mit der Austrittseite des Isolators oder eine zwischen der Stirnfläche der Ummantelung und der Austrittsseite des Isolators vorhandene Fuge durch die elastische Dichtung hermetisch verschlossen ist.
Die elastische Dichtung hat eine Shore-Härte von weniger als etwa 40 Shore A, bevorzugt von weniger als etwa 35 Shore A. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Shore-Härte der elastischen Dichtung etwa 13 Shore A bis etwa 35 Shore A.
Der genannte Bereich der Shore-Härten ist derart gewählt, um auf der einen Seite ein Ablösen der elastischen Dichtung von dem Isolator und/oder dem Leiter durch Temperaturänderungen, bedingt durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Materialien, zu verhindern. Auf der anderen Seite ermöglichen die genannten Shore-Härten der elastischen Dichtung einen festen Verbund und hermetischen Verschluß der elastischen Dichtung sowohl mit dem Isolator als auch mit dem Leiter. Dadurch wird insbesondere ein Reißen der elastischen Dichtung oder ein Abreißen der Haftverbindung der elastischen Dichtung von dem Isolator bei starken Temperaturschwankungen, insbesondere im Gegensatz zu härteren Dichtungen, vermieden.
Erfindungsgemäß umfaßt die elastische Dichtung zumindest ein Elastomer. In einer bevorzugten Form umfaßt oder ist das Elastomer Silikon. Silikon besitzt dabei bevorzugt die Eingenschaften wie z. B. Wacker RT (xxx) (Wacker RT 745, 602 usw.). Die Bezeichnung (xxx) steht als Sammelbegriff für die einzelnen Untergruppen des Stoffes. Silikon zeichnet sich gegenüber einfachen Kunststoffen durch eine erhöhte Langzeitstabilität aus, ist auf Dauer elastisch, UV-beständig, wasserabweisend, temperaturstabil von –60°C bis zu etwa 200°C und kompatibel mit Glas, Metallen oder Kunststoffen.
Der Isolator umfaßt oder ist zumindest eins der folgenden Materialien: Glas, Keramik, Glaskeramik, Kunststoff, PTFE, PEEK, faserverstärkte Epoxide oder Epoxidharze und/oder ähnliche Elektroisoliermaterialien oder eine Kombination der genannten Materialien. Die Kunststoffe sind zum Beispiel PFTE, PEEK und/oder faserverstärkte Epoxidharze etc.
Der Leiter umfaßt oder ist zumindest eins der folgenden Materialien, Kupfer, Kupferlegierungen, Eisen-, Nickeleisen-, Nickelcobalteisen-, Cobalteisenlegierungen und/oder Thermoelementwerkstoffe oder eine Kombination der genannten Materialien.
Vorteilhaft läßt sich die elastische Dichtung beispielsweise mittels Spritzen, Dispensen und/oder Gießen auftragen. Die elastische Dichtung bildet mit dem Isolator zumindest abschnittsweise eine stoffschlüssige Verbindung aus. Erforderlichenfalls wird die Haftung durch Haftgrundierungen unterstützt.
Um eine ausreichende Langezeitstabilität und Dichtung zu gewährleisten, beträgt die mittlere Höhe der elastischen Dichtung etwa 0,1 mm bis etwa 50 mm, bevorzugt etwa 0,5 mm bis etwa 20 mm. Besonders bevorzugt beträgt die Höhe etwa 1 mm bis etwa 15 mm.
Um eine mögliche Versprödung bzw. Alterung der elastischen Dichtung zu reduzieren, kann in einer Ausführungsform zwischen dem Isolator und der elastischen Dichtung zumindest ein erster Weichmacher, vorzugsweise in Ausbildung zumindest einer Zwischenschicht, angeordnet sein. Diese Zwischenschicht stellt ein Reservoir dar, aus welchem der Weichmacher durch Diffusionsprozesse in die elastische Dichtung eintreten kann. Zudem kann die genannte Zwischenschicht alleine oder auch zusätzlich einen Haftvermittler beinhalten.
In einer Ausführungsform ist die Oberseite der elastischen Dichtung im wesentlichen eben ausgebildet. Die elastische Dichtung wird dabei aufgetragen, im wesentlichen nicht mehr nachbearbeitet und daher einfach herzustellen.
Um eine verbesserte Haftung der elastischen Dichtung an dem Isolator zu gewährleisten, weist die Oberseite des Isolators, insbesondere zur Vergrößerung der Haftfläche, erforderlichenfalls zumindest abschnittsweise eine Strukturierung auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die elastische Dichtung im wesentlichen der Form einer Scheibe. In einer alternativen Ausführungsform entspricht die elastische Dichtung im wesentlichen der Form eines Hohlniets bzw. eines nach beiden Seite offenen Zylinder-Herrenhuts.
In einer Ausführungsform weist der Leiter eine Ummantelung, welche zumindest abschnittsweise zwischen dem Leiter und der elastischen Dichtung angeordnet ist, auf.
Die Ummantelung umfaßt oder ist eine Isolierung oder ein Isolationsschlauch und umfaßt als Material zumindest Silikon oder besteht aus Silikon. Diese Ummantelung wird, vor dem Aufbringen der elastischen Dichtung, über den Leiter gestülpt oder über zumindest einen Abschnitt der Oberfläche des freiliegenden Leiters, d. h. über einen Abschnitt der Oberfläche des Leiters, welcher nicht von dem Isolator umschlossen ist, geschoben.
Ist die Ummantelung um den Leiter derart angeordnet, daß sie den Leiter bereits in dem Abschnitt umgibt oder umschließt, in welchem er unmittelbar aus dem Isolator austritt oder herausragt, wird durch die elastische Dichtung der Bereich oder Abschnitt, in welchem die Ummantelung mit seiner Stirnfläche an dem Isolator anliegt dicht verschlossen oder verkapselt. D. h. die Fuge, welche zwischen der Stirnfläche der Ummantelung und der Oberfläche des Isolators gebildet wird oder ist, wird entsprechend verschlossen. Die Fuge an der Kontaktfläche Ummantelung-Isolator wird verkapselt. Der Leiter ist entsprechend in diesem Abschnitt keiner Korrosion ausgesetzt. Potentielle Kurzschlußströme zwischen einzelnen Leitern und/oder einem Gehäuse werden zudem verhindert. Erfindungsgemäß geht dabei die elastische Dichtung mit dem Leiter und/oder mit der Ummantelung zumindest abschnittsweise eine stoffschlüssige Verbindung ein.
Zur Vergrößerung einer möglichen Kurzschlußstrecke zwischen dem äußeren Anschlußende eines Leiters zu einem benachbarten Leiter oder dem Gehäuse der elektrischen Durchführung ragt die Ummantelung in einer bevorzugten Ausführungsform zudem aus der elastischen Schicht heraus.
Die Ummantelung weist eine Dicke von etwa 0,1 mm bis etwa 5 mm, bevorzugt von etwa 0,1 mm bis etwa 3 mm und/oder eine Höhe von größer als etwa 5 mm, bevorzugt von größer als etwa 10 mm auf. In einer Ausführungsform weist dabei die elastische Schicht eine Höhe auf, welche kleiner als die Länge der Ummantelung ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Oberseite der elastischen Dichtung zumindest abschnittsweise strukturiert. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine weitere Schicht auf der elastischen Dichtung abgeschieden wird.
Um eine Funktionsbeeinträchtigung der elastischen Dichtung durch extreme Umgebungseinflüsse oder durch die sie umgebende Atmosphäre, wie beispielsweise hohe Temperaturen, intensive Strahlung, hohe Drücke oder Dämpfe, zu reduzieren, ist in einer weiteren Ausführungsform auf der freien Oberseite der elastischen Dichtung zumindest eine erste Schicht angeordnet. Die zweite Schicht umfaßt oder ist eine Schutzschicht. Die genannte erste Schicht zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine Shore-Härte von größer als etwa 40 Shore A, bevorzugt von größer als etwa 45 Shore A aufweist. Die Höhe der ersten Schicht beträgt etwa 0,1 mm bis etwa 20 mm, bevorzugt etwa 1 mm bis etwa 10 mm, besonders bevorzugt etwa 3 mm bis etwa 5 mm beträgt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt oder ist die erste Schicht ein Elastomer, vorzugsweise Silikon, wie z. B. Dow Corning Sylgard (xxx). Die Bezeichnung (xxx) steht als Sammelbegriff für die einzelnen Untergruppen des Stoffes.
Um Langzeitstabilität und eine verbesserte Haftung zu gewährleisten, ist auf der Unterseite der ersten Schicht ein zumindest zweiter Weichmacher und/oder zumindest ein zweiter Haftvermittler, vorzugsweise angeordnet in zumindest einer Zwischenschicht, angeordnet.
Die erfindungsgemäßen Leiter finden Ihre Verwendung in Wänden von hermetisch abgeschlossenen oder abzuschließenden Räumen, um elektrische Signale durch die Wand zu führen und/oder entsprechende Geräte mit Strom- und/oder Spannung zu versorgen. Insbesondere ist deren Verwendung in Wänden von Räumen vorgesehen, welche gegenüber der Umgebung einen erhöhten oder verminderten Druck, eine erhöhte oder verminderte Temperatur, eine erhöhte Strahlung, veränderte Zusammensetzung der Atmosphäre, insbesondere Feuchtigkeit aufweisen. Mögliche Beispiele sind Gefahrgutbehälter, Druckbehälter, Sicherheitsbehälter, Vakuumbehälter und/oder Reaktionsgefäße.
Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung, insbesondere zur Herstellung der vorstehend beschriebenen elektrischen Durchführung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt dabei folgende Schritte, zunächst das Fixieren zumindest eines Leiters in einem Isolator, so daß der Leiter aus dem Isolator herausragt, dann das Anordnen einer isolierenden Ummantelung über zumindest einen Abschnitt einer Oberfläche des aus dem Isolators herausragenden Leiters, dann das Aufbringen eines Dichtmaterials an zumindest einer Austrittsseite aus dem Isolator zumindest in dem Bereich, in welchem der Leiter aus dem Isolator herausragt und die Ummantelung angeordnet ist, wobei sich die Ummantelung ausgehend von der Austrittsseite des Isolators oder unter Ausbildung einer Fuge zwischen einer Stirnfläche der Ummantelung und der Austrittsseite des Isolators entlang des Leiters erstreckt, wobei das Aufbringen des Dichtmaterials derart erfolgt, dass die Ummantelung aus der elastischen Dichtung herausragt und eine Kontaktfläche der Ummantelung mit der Austrittsseite des Isolators oder die zwischen der Stirnfläche der Ummantelung und der Austrittseite des Isolators vorhandene Fuge durch die elastische Dichtung hermetisch verschlossen ist und das Aushärten der Dichtmaterials, derart daß sich eine elastische Dichtung mit einer Shore-Härte von weniger als etwa 40 Shore A, bevorzugt von weniger als etwa 35 Shore A ausbildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die elastische Dichtung derart ausgehärtet, daß sie eine Shore-Härte von etwa 13 Shore A bis etwa 35 Shore A aufweist. Als Material für die elastische Dichtung wird zumindest ein Elastomer, vorzugsweise Silikon, bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform wird zumindest eine erste Schicht auf der elastischen Dichtung aufgebracht, welche die Funktion einer Schutzschicht für die elastische Dichtung übernimmt. Die erste Schicht wird mit einer Shore-Härte von größer als etwa 40 Shore A bereitgestellt.
Erfindungsgemäß wird die elastische Dichtung und/oder die erste Schicht aufgespritzt, aufdispenst oder eingegossen In einer Ausführungsform wird die elastische Dichtung, vorzugsweise mittels eines Stempels, erforderlichenfalls abschnittsweise oder zumindest abschnittsweise, strukturiert.
Ferner umfaßt die vorliegende Erfindung einen Flansch, welcher zumindest eine der vorstehend beschriebenen elektrischen Durchführungen umfaßt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen beschrieben, wobei die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar sind. Hierzu wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Dazu beziehen sich in den einzelnen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Teile.
1 zeigt die technische Zeichnung des Querschnitts einer erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung.
2 zeigt beispielhaft eine vereinfachte schematische Aufsicht auf eine elektrische Durchführung.
3 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in einer symmetrischen Ausführungsform.
4 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in einer asymmetrischen Ausführungsform.
5 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in einer einseitigen Ausführungsform.
6 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in einer einseitigen Ausführungsform mit abschnittsweiser Ummantelung.
7 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in einer einseitigen Ausführungsform mit strukturierter Oberseite des Isolators.
8 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in der Ausführung einer Hohlnietform.
9 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 mit einer zusätzlich aufgebrachten Schutzschicht.
10 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 mit strukturierter Oberseite der elastischen Dichtung und einer zusätzlich aufgebrachten Schutzschicht.
1 zeigt die technische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der elektrischen Durchführung 1 im Querschnitt. Die elektrische Durchführung 1 ist maßstabsgerecht dargestellt mit einem Außendurchmesser L1 = 10,5 cm und einer Gesamtlänge L2 = 19,6 cm.
Die elektrische Durchführung 1 weist eine Mehrzahl von Leitern 2 auf, welche in einem Isolator 3, hier in der Ausführungsform eines geschmolzenen Glases, angeordnet sind. Die einzelnen Leiter 2 sind an den beiden Austrittsseiten 2.1, 2.2 aus dem Isolator 3 in dem Bereich, in welchem der einzelne Leiter 2 aus dem Isolator 3 herausragt, sowohl jeweils mit einer Ummantelung 5, 5.1, 5.2 versehen als auch jeweils in einer elastischen Dichtung 4.1, 4.2 eingebettet. Entsprechend ihrer Position in dem Isolator 3 und dem dargestellten Querschnitt sind die Leiter 2 und die Ummantelungen 5, 5a, 5s sowohl in einem Querschnitt 5s als auch in einer Aufsicht 5a zu erkennen. Die Leiter 2 sind aus Kupfer, Kupferlegierungen, Eisen, Eisen-, Nickeleisenlegierungen und/oder sonstige Leitermaterialien und ihre Ummantelung 5 aus Silikon oder einem anderen Isoliermaterial hergestellt.
Die elektrische Durchführung 1 weist einen rotationssymmetrischen hohlen Körper 10, mit den Öffnungen 21 und 22, auf, in welchem der Isolator 3 fixiert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Körper 10 ein Metallkörper. Der Körper 10 oder das Gehäuse der elektrischen Durchführung 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform als ein Flansch 20 ausgebildet. Rechteckgehäuse sind möglich.
Das eine Anschlußende 2.1 der Leiter 2 erstreckt sich in Richtung der Öffnung 21 der elektrischen Durchführung 1. Nach der Montage der elektrischen Durchführung 1, beispielsweise an der Wand eines Sicherheitsbehälters, mündet die Öffnung 21 vorzugsweise in die Außenseite 1.1 oder die Umgebungsseite einer Wand. Dagegen erstreckt sich das gegenüberliegende Anschlußende 2.2 der Leiter 2 in Richtung der Öffnung 22. Die Öffnung 22 mündet vorzugsweise in die Innenseite 1.2 bzw. das Innere eines Sicherheitsbehälters oder eines Druckbehälters.
2 zeigt beispielhaft eine vereinfachte schematische Aufsicht auf die Öffnung 21 der in 1 dargestellten elektrischen Durchführung 1. Zu erkennen sind der Körper 10 bzw. das Gehäuse, die Anschlußenden 2.1 der Leiter 2, die Ummantelung 5 und die elastische Dichtung 4, 4.1 an der Außenseite 1.1. Die elastische Dichtung ist in dieser Ausführungsform einteilig ausgebildet. Es werden alle Leiter 2 der elektrischen Durchführung 1 in einer kontinuierlichen elastischen Schicht 4, 4.1 eingebettet. Alternativ ist eine diskrete Einbettung oder ein diskretes Einschließen jedes einzelnen Leiters 2 und seiner Ummantelung 5 durch jeweils eine elastische Dichtung 4, 4.1 möglich.
3 zeigt eine vereinfachte schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1. Der Leiter 2 ist in dem Isolator 3, hier einem Glasisolator, ortsfest angeordnet und erstreckt sich sowohl in Richtung der Außenseite 1.1 als auch in Richtung der Innenseite 1.2 mit seinen Anschlußenden 2.1, 2.2 aus dem Isolator 3 heraus.
Beidseitig 1.1, 1.2 ist jeweils eine Ummantelung 5 um den Leiter 2 angeordnet, wobei sich die Ummantelung 5 ausgehend von Oberseite F3, F4 des Isolators 3 um eine gewisse Länge entlang des Leiters 2 erstreckt. Durch die Verwendung der Ummantelung 5 wird die Gesamtstrecke oder Kurzschlußstrecke entlang der Oberfläche des Isolators 3 und der Ummantelung 5 von einem freiliegenden Ende des Leiters 2.1, 2.2 zu dem freiliegenden Ende eines, hier nicht gezeigten, benachbarten Leiters verlängert. Die Ummantelung 5 ist ein Isolationsschlauch bzw. wird durch einen Schrumpfschlauch oder Isolationsschlauch, insbesondere aus Silikon, gebildet.
Der Leiter 2 bzw. der mit der Ummantelung 5 versehene Leiter 2 ist beidseitig jeweils in einer elastischen Dichtung 4.1, 4.2 der Höhe H1, H2 eingebettet. Die elastische Dichtung 4, 4.1, 4.2 ist jeweils auf der Oberseite F3, F4 des Isolators 3 plaziert und umgibt den in der Ummantelung 5 angeordneten Leiter 2. Die elastische Dichtung 4, 4.1. 4.2 ist aus Silikon mit einer Shore- Härte von 20 Shore A bis 35 Shore A.
Im Wesentlichen wird die Kontaktfläche 7 oder Nahtstelle der Ummantelung 5 mit der Oberseite F3, F4 des Isolator 3 oder eine zwischen der Stirnfläche der Ummantelung 5 und der Oberseite F3, F4 des Isolators 3 vorhandene Fuge durch die elastische Dichtung 4, 4.1, 4.2 hermetisch verschlossen oder verkapselt und eine mögliche Korrosion des Leiters 2 verhindert.
Da insbesondere bei einer Dampfentwicklung innerhalb oder außerhalb eines Sicherheitsbehälters Feuchtigkeit auf der Oberfläche einer elektrischen Durchführung 1 kondensieren kann, verhindert die Kombination von Ummantelung 5 und elastischer Dichtung 4 die Entstehung unerwünschter Kriechströme zwischen den offen liegenden Bereichen 2.1, 2.2 separater Leiter 2 oder zwischen einem beispielsweise auf Hochspannung liegenden Leiter 2 und einem auf Erdpotential liegenden Mantel 10 oder Gehäuse der Durchführung 1.
Die Anordnung der elastischen Dichtungen 4.1, 4.2 und der Ummantelung 5 ist beidseitig und symmetrisch, d. h. sowohl auf der Innenseite 1.2 als auch auf der Außenseite 1.2 der elektrischen Durchführung 1 weisen die elastischen Dichtungen 4.1, 4.2 und die Ummantelungen 5, insbesondere im wesentlichen, die selben Abmessungen, insbesondere die selben Höhen H1, H2, auf. Die Höhe H1, H2 weist einen Wert von etwa 6 mm bis 12 mm, bevorzugt 6 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt ca. 8 mm auf. Diese Ausführungsform ist somit vereinfacht herstellbar, da keine Prozeßparameter bei der Herstellung variiert werden müssen
4 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in einer asymmetrischen Ausführungsform. Die elektrische Durchführung 1 entspricht der in 3 dargestellten Durchführung, jedoch mit dem Unterschied, daß die elastische Dichtung 4.1 auf der Außenseite 1.1 der elektrischen Durchführung 1 eine gegenüber der Höhe H2 der elastischen Dichtung 4.2 reduzierte Höhe H1 hat. Die Höhe H1 weist in diesem Fall einen Wert von etwa 3 mm bis etwa 4 mm auf. Dadurch wird ermöglicht, daß die Außenseite 1.1 der elektrischen Durchführung 1 nur den Bedingungen der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist. Im Gegensatz dazu ist die Innenseite 1.2 der elektrischen Durchführung 1 den extremen Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Strahlung, Dampf, beispielsweise in einem Sicherheitsbehälter, ausgesetzt, wodurch eine verbesserte Verkapselung des Leiters 2 erforderlich ist.
Bei entsprechend trockener Atmosphäre auf der Außenseite 1.1 bzw. der Umgebung ist unter Umständen sogar ein Verzicht auf die elastische Dichtung möglich. Diese mögliche einseitige Ausführungsform ist in 5 gezeigt. Die in 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen ermöglichen ein Ersparnis an eingesetztem Material.
Ist jedoch die Verwendung der elastischen Dichtung 4, 4.1, 4.2 erforderlich, so ist, bei gleichzeitiger Verwendung der Ummantelung 5, in einer Ausführungsform vorgesehen, daß die Ummantelung 5 nicht mit der Oberfläche F3 des Isolators 3 abschließen muß und sich im wesentlichen nur in Richtung der Innenseite aus der elastischen Dichtung 4, 4.1, 4.2 erstreckt. Dadurch ist ein Ummanteln des Leiters 2 mit geringer Präzision möglich, ohne eine Verschlechterung der Verkapselungseigenschaften in Kauf nehmen zu müssen. Diese Ausführungsform einer einseitigen Ausführungsform mit abschnittsweiser Ummantelung ist in 6 gezeigt.
7 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in einer einseitigen Ausführungsform mit strukturierter Oberseite F3 des Isolators 3. Die Strukturierung führt unter anderem zu einer verbesserten Haftung der elastischen Schicht 4, 4.2 auf dem Isolator 3. Durch die Strukturierung kann ein Ablösen der elastischen Dichtung 4, 4.2 von dem Isolator 3 durch bei Temperaturänderungen auftretende Scherkräfte reduziert werden. Erfindungsgemäß wird unter Strukturieren auch das mechanische und/oder chemische Aufrauhen der Oberseite F3 des Isolators 3 verstanden.
8 zeigt eine schematische Detailansicht des Ausschnitts Z aus 1 in der Ausführung einer Hohlnietform, wobei die Außenseite 1.1 der elastischen Dichtung 4.1 entsprechend der in 3 gezeigten Außenseite 1.1 ausgebildet ist. Diese Ausführungsform der einteiligen elastischen Dichtung 4.2 der Innenseite 1.2 verbindet die Vorteile der Verkapselung bei gleichzeitiger Verwendung einer Ummantelung 5 und einer elastischen ebenen Dichtung 4.1, wie es zur Veranschaulichung auf der Außenseite 1.1 der elektrischen Verbindung 1 dargestellt ist. Die Hohlnietform oder die Form eines in seiner Oberseite geöffneten Zylinderhuts der elastischen Dichtung 4.2 wird durch das Auftragen der elastischen Dichtung 4.2 und ein nachträgliches Strukturieren der elastischen Dichtung 4.2 generiert. Das Strukturieren erfolgt beispielsweise mittels eines Stempels, welcher die Negativform der gezeigten Hohlnietform aufweist.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer zusätzlich auf der Oberseite F1 der elastischen Schicht 4.2 aufgebrachten ersten Schicht 6, hier einer Schutzschicht. Die elastische Schicht 4.2 bettet den Leiter 2 ein oder umschließt den Leiter 2 und geht zudem mit dem Isolator 3 und der Ummantelung 5 eine innige Verbindung ein. Die erste Schicht 6 oder Schutzschicht weist eine gegenüber der elastischen Dichtung 4.2 höhere Shore-Härte von etwa 45–60 Shore-A auf und hat eine Höhe von etwa 3 mm bis etwa 4 mm. Sie verkapselt die elastische Schicht 4.2 und bewahrt sie vor einer möglichen vorzeitigen Alterung, Versprödung bzw. Beschädigung bei extremen Umwelteinwirkungen.
10 zeigt eine schematische Detailansicht entsprechend der in 9 dargestellten Ausführungsform jedoch mit einer strukturierten Oberseite F1 der elastischen Dichtung 4.2. Die Struktur auf der Oberseite F1 der elastischen Dichtung 4.2 ermöglicht ein verbessertes Haften der ersten Schicht 6 oder der Schutzschicht auf der elastischen Schicht 4.2. Erfindungsgemäß wird unter Strukturieren auch das Aufrauhen der Oberseite F1 der elastischen Dichtung 4.2 verstanden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind. Die Erfindung ist nicht auf diese beschränkt, sondern kann in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Merkmale einzelner Ausführungsformen und die im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Merkmale können jeweils untereinander als auch miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrische Durchführung
1.1: Außenseite
1.2: Innenseite
2: Leiter
2.1: Äußeres Anschlußende
2.2: Inneres Anschlußende
3: Isolator
4: Elastische Dichtung
4.1: Elastische Dichtung der Außenseite
4.2: Elastische Dichtung der Innenseite
5/5a/5s: Ummantelung
6: Erste Schicht
7: Kontaktfläche Ummantelung-Isolator
10: Körper oder Metallkörper
20: Flansch
21: Äußere Öffnung der elektrischen Durchführung
22: Innere Öffnung der elektrischen Durchführung
H1: Höhe der elastischen Dichte auf der Außenseite
H2: Höhe der elastischen Dichte auf der Innenseite
L1: Durchmesser des elektrischen Durchführung
L2: Gesamtlänge der elektrischen Durchführung
Z: Vergrößerter Ausschnittsbereich des Trägersubstrats
F1: Oberseite der elastischen Dichtung
F2: Unterseite der elastischen Dichtung
F3: Innere Oberseite des Isolators
F4: Äußere Oberseite des Isolators

Claims

Elektrische Durchführung (1), umfassend zumindest einen durch einen Isolator (3) durchgeführten Leiter (2, 2.1, 2.2), wobei der Leiter (2, 2.1, 2.2) aus dem Isolator (3) herausragt und an zumindest einer Austrittsseite (F3, F4) aus dem Isolator (3) zumindest in dem Bereich, in welchem der Leiter (2, 2.1, 2.2) aus dem Isolator (3) herausragt, in einer elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) eingebettet ist, wobei der Leiter (2) eine Ummantelung (5), welche zumindest abschnittsweise zwischen dem Leiter (2) und der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) angeordnet ist, aufweist, wobei sich die Ummantelung (5) ausgehend von der Austrittsseite (F3, F4) des Isolators oder unter Ausbildung einer Fuge zwischen einer Stirnfläche der Ummantelung (5) und der Austrittseite (F3, F4) des Isolators entlang des Leiters erstreckt, wobei die isolierende Ummantelung derart angeordnet ist, dass die Ummantelung (5) aus der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) herausragt und eine Kontaktfläche der Ummantelung (5) mit der Austrittsseite (F3, F4) des Isolators (3) oder die zwischen der Stirnfläche der Ummantelung (5) und der Austrittsseite (F3, F4) des Isolators (3) vorhandene Fuge durch die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) hermetisch verschlossen ist, und wobei die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) eine Shore-Härte von weniger als 40 Shore A aufweist.
Elektrische Durchführung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) eine Shore-Härte von weniger als 35 Shore A aufweist.
Elektrische Durchführung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) zumindest ein Elastomer umfaßt.
Elektrische Durchführung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer Silikon umfaßt.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) aufgetragen ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) mit dem Isolator (3) zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß, die Höhe (H1, H2) der elastischen Dichtung (4 4.1, 0,1 mm bis 50 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt 1 mm bis 15 mm beträgt.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Isolator (3) und der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) zumindest ein erster Weichmacher und/oder zumindest ein Haftvermittler angeordnet ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberseite (F1) der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) im wesentlichen eben ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Oberseite (F1) der elastischen Dichtung (4, 4.1 4.2) zumindest abschnittsweise strukturiert ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Oberseite (F3, F4) des Isolators (3) zumindest abschnittsweise strukturiert ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) im wesentlichen der Form einer Scheibe entspricht.
Elektrische Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) im wesentlichen der Form eines Hohlniets entspricht.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (5) als Isolierung, welche insbesondere Silikon umfaßt, ausgebildet ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) eine Höhe (H1, H2) aufweist, welche kleiner als die Länge der Ummantelung (5) ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) mit dem Leiter (2) und/oder mit der Ummantelung (5) zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden ist.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberseite (F1) der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) zumindest eine erste Schicht (6) angeordnet ist.
Elektrische Durchführung nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (6) eine Schutzschicht umfaßt.
Elektrische Durchführung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (6) eine Shore-Härte von größer als 40 Shore A, bevorzugt von größer als 45 Shore A aufweist.
Elektrische Durchführung nach einem der Ansprüche 17 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der ersten Schicht (6) 0,1 mm bis 20 mm, bevorzugt 1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 3 mm bis 5 mm beträgt.
Elektrische Durchführung nach einem der Ansprüche 17 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Unterseite der ersten Schicht ein zumindest zweiter Weichmacher und/oder zumindest ein zweiter Haftvermittler angeordnet ist.
Elektrische Durchführung nach einem der Ansprüche 17 bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (6) ein Elastomer, vorzugsweise Silikon, umfaßt.
Elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (3) Glas, Keramik, Kunststoff und/oder Glaskeramik umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung umfassend – Fixieren zumindest eines Leiters (2) in einem Isolator (3), so daß der Leiter (2) aus dem Isolator (3) herausragt, – Anordnen einer isolierenden Ummantelung (5) über zumindest einen Abschnitt einer Oberfläche des aus dem Isolator (3) herausragenden Leiters (2), – Aufbringen eines Dichtmaterials an zumindest einer Austrittsseite (F3, F4) aus dem Isolator (3) zumindest in dem Bereich, in welchem der Leiter (2) aus dem Isolator (3) herausragt und die Ummantelung angeordnet ist, wobei sich die Ummantelung (5) ausgehend von der Austrittsseite (F3, F4) des Isolators oder unter Ausbildung einer Fuge zwischen einer Stirnfläche der Ummantelung (5) und der Austrittseite (F3, F4) des Isolators entlang des Leiters erstreckt, wobei das Aufbringen des Dichtmaterials derart erfolgt, dass die Ummantelung (5) aus der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) herausragt und eine Kontaktfläche der Ummantelung (5) mit der Austrittsseite (F3, F4) des Isolators (3) oder eine zwischen der Stirnfläche der Ummantelung (5) und der Austrittsseite (F3, F4) des Isolators (3) vorhandene Fuge durch die elastische Dichtung hermetisch verschlossen ist, – Aushärten des Dichtmaterials derart, daß sich eine elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) mit einer Shore-Härte von weniger als 40 Shore A ausbildet.
Verfahren nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß sich die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) mit einer Shore-Härte von weniger als 35 Shore A ausbildet.
Verfahren nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) umfassend ein Elastomer, vorzugsweise Silikon, bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 26 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine erste Schicht (6) auf der elastischen Dichtung (4, 4.1, 4.2) aufgebracht wird.
Verfahren nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (6) mit einer Shore-Härte von größer als 40 Shore A bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 27 bis 28 dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) und/oder die erste Schicht (6) aufgespritzt, aufdispenst und/oder eingegossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 25 bis 29 dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) zumindest abschnittsweise strukturiert wird.
Verfahren nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (4, 4.1, 4.2) mittels eines Stempels strukturiert wird.
Flansch, umfassend zumindest eine elektrische Durchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 23.