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B e 5 c h r e i b u n g
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Die Erfindung betrifft einen metallischen Abschlußdeckel zum Verschließen
des Gehäuses eines elektrischen Bauteils, insbesondere zum Verschließen eines Kondensatorgehäuses.
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Deckel der genannten Art sind bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift
DE 26 45 323 B2.
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Nachteil der bekannten metallischen Abschlußdeckel ist, daß sie zum
Teil extrem kurze elektrische Kriechstrompfade aufweisen und Kondensatoren, die
mit solchen Deckeln verschlossen werden, in aller Regel nachformiert werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abschlußdeckel der
eingangs genannten Art zu schaffen, der permeationsfest ist, auch bei relativ hohen
Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen oberhalb ungefähr 120 OC einsetzbar
ist, auch langfristig konstante elektrische Kenndaten gewährleistet und bei Verwendung
in Elektrolytkondensatoren ein Nachformieren des Kondensators erübrigt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen metallischen
Abschlußdeckel der eingangs genannten Art, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
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Der Erfindung liegt demnach der wesentliche Gedanke zugrunde, einen
metallischen Abschlußdeckel zum Verschließen des Gehäuses eines elektrischen Bauteils,
insbesondere zum
Verschließen des Bechergehäuses eines elektrischen
Kondensators, nicht wie nach dem Stand der Technik in Form einer einzigen metallischen
Scheibe, meist einer Aluminiumscheibe, sondern als mehrschichtige Verbundstruktur
in der Weise auszubilden, daß der Deckel aus einer äußeren metallischen Scheibe
und einer inneren metallischen Scheibe besteht, die durch eine zwischengefügte gegen
die Diffusion von Gasen und Flüssigkeiten permeationsfeste elektrische Isolatorschicht
gegeneinander isoliert sind. "Außen" und "innen" beziehen sich dabei auf das bestimmungsgemäß
verschlossene Gehäuse.
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Die Abschlußdeckel- Verbundstruktur wird dadurch zusammengehalten,
daß der Außenrand der inneren metallischen Scheibe um den Außenrand der äußeren
metallischen Scheibe herumgezogen, insbesondere herumgebördelt oder herumgefalzt
ist, wobei die Isolatorschicht ebenfalls um den radial äußeren Rand der äußeren
Scheibe einstückig oder mehrteilig herumgezogen ist, so daß die innere und die äußere
Scheibe auch im Bereich dieser Umfalzung oder Umbördelung elektrisch gegeneinander
isoliert sind.
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Bei dieser Ausbildung des Abschlußdeckels kann die Unterseite bzw.
Innenseite des Deckels gleichsinnig mit dem in aller Regel metallischen Gehäuse
des elektrischen Bauteils gepolt sein, ohne daß die metallische Außenseite des Deckels
elektrisch an diese Polung angeschlossen ist.
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Dies ermöglicht die Befestigung von Durchführungen an der äußeren
Metallscheibe, ohne daß dabei diese Metallscheibe an die Gehäusepolung angeschlossen
ist. Dadurch können die Durchführungen trotz der aus Gründen der Temperaturbeständigkeit
und der Permeationsfestigkeit verwendeten Metallscheibe elektrisch ausreichend von
der Gehäusepolung isoliert am Deckel befestigt und angeordnet werden, ohne daß dabei
ein mit einem solchen Deckel
verschlossener Kondensator nachformiert
zu werden braucht, da die von der Deckelaußenscheibe elektrisch isolierte Deckelinnenscheibe
unabhängig von der Außenscheibe an die Gehäusepolung angeschlossen werden kann.
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Bei Kenntnis dieses prinzipiellen Aufbaus des Abschlußdeckels stehen
dem Fachmann im Rahmen seines Fachkönnens verschiedene Methoden der Ausbildung elektrischer
Durchführungen zur Verfügung. So können entsprechende Durchführungselemente, die
die elektrische Verbindung zwischen dem im Gehäuse eingeschlossenen elektrischen
Bauteil und den äußeren Anschlüssen herstellen, in an sich bekannter und gebräuchlicher
Weise an der äußeren Metall scheibe unter Zwischenlage elektrisch isolierender Dichtungsringe
und Dichtungsscheiben befestigt sein oder, im Falle nur einer elektrischen Durchführung
auch direkt an dieser angeformt oder angeschweißt sein. Zusätzlich kann, falls dies
erforderlich ist, ein elektrischer Anschluß für die innere metallische Scheibe auf
diese aufgelötet oder aufgeschweißt sein und durch eine Öffnung in der Isolatorschicht
und der darüberliegenden äußeren metallischen Scheibe hindurch herausgeführt sein.
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Die metallischen Scheiben des Abschlußdeckels der Erfindung bestehen
vorzugsweise aus Aluminium. Als Werkstoff für die Isolatorschicht kommen sowohl
organische als auch anorganische Werkstoffe in Frage. Mineralische Werkstoffe oder
Werkstoffe, die überwiegend aus mineralischen Substanzen bestehen, werden vorzugsweise
dann eingesetzt, wenn der Abschlußdeckel auch im Bereich relativ hoher Temperaturen
einsetzbar sein soll. Dabei kommen als mineralische Werkstoffe insbesondere Glasflußmassen
oder im wesentlichen faserige Substanzen, die vorzugsweise durch Bindemittel verdichtet
sind, in Betracht. Als organische Werkstoffe kommen vor allem Elastomere in Betracht,
die üblicherweise
als Dichtungswerkstoffe und Verschlußstopfenwerkstoffe
zum Verschließen der Gehäuse elektrischer Bauteile eingesetzt werden,insbesondere
also Butylkautschukmischungen und EPDM-Kautschukmischungen. Auch Kunststoffe, insbesondere
bis zu hohen Temperaturen wärmebeständige Kunststoffe, können als Werkstoff für
die permeationsfeste Isolatorschicht eingesetzt werden. Dazu werden aus dem Bereich
der Kunststoffe vorzugsweise die fluorhaltigen Kohlenstoffpolymeren eingesetzt.
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Die Isolatorschicht kann als separates Teil vorgeformt werden, beispielsweise
in Form einer Elastomerscheibe, kann vorab mit einer der beiden Scheiben fest verbunden
werden, beispielsweise durch Aufkleben, Aufschweißen, Aufschmelzen oder Aufvulkanisieren,
oder kann gleichzeitig mit beiden Scheiben fest verbunden werden, indem die Isolatormasse
zunächst als grüne" Masse, beispielsweise also ungehärtet oder unvernetzt oder ungesintert,
zwischen die beiden Scheiben eingebracht und nach abschließender Formgebung der
inneren Scheibe, d.h. nach Umfalzen oder Umbördeln dieser Scheibe, beispielsweise
durch Erwärmen gehärtet, vulkanisiert, reagiert oder in anderer Weise in den bestimmungsgemäßen
Endzustand überführt wird.
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Die Verbindung zwischen dem Abschlußdeckel der Erfindung und dem zu
verschließender{ Gehäuse, das in aller Regel ein metallisches Gehäuse, insbesondere
ein Aluminiumgehäuse sein wird, kann ebenfalls in verschiedener Weise erfolgen.
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In aller Regel wird zwischen der inneren Scheibe des Abschluß deckels
und dem Gehäuse ein elektrisch leitender Kontakt hergestellt werden. Dabei kann
der Deckel entweder mit dem Gehäuserand verschweißt oder verlötet werden, oder kann
der elektrische Kontakt lediglich durch mechanischen Andruck hergestellt werden.
Im letzten Fall erfolgt das Verschließen des Gehäuses vorzugsweise in an sich gebräuchlicher
Weise
dadurch, daß der Abschlußdeckel auf eine im oberen Becherrand ausgebildete Sicke
aufgelegt und der überstehende Becherrand auf die nach außen weisende Oberseite
des Abschlußdeckels umgebördelt wird. Bei dieser Art der Verschlußtechnik ist die
Isolatorschicht des Abschluß deckels so weit nach radial innen auf die nach außen
weisende Oberseite der äußeren Scheibe gezogen, daß diese Isolatorschicht auf der
Außenseite des Abschluß deckels einen freiliegenden Kreisring bildet. Bei der Verwendung
eines elastischen Werk stoffs für die Isolatorschicht kann der obere Rand des zu
verschließenedne Gehäuses direkt in diesen Kreisring dichtend eingebördelt werden.
Beider Verwendung nicht elastischer Werkstoffe erfolgt das Einbördeln des Becherrandes
entweder vor dem Abbinden oder Aushärten des Werkstoffs der Isolatorschicht oder
unter Verwendung zusätzlicher Dichtungselemente, beispielsweise unter Zwischenlage
eines zusätzlichen elastischen Dichtungsringes oder unter Verwendung von gießfähigen
Dichtungsmassen. Soll in Ausnahmefällen zwischem dem Abschlußdeckel und einem metallischen
Gehäuse beim Verschließen des Gehäuses keine elektrisch leitende Verbindung hergestellt
werden, so kann der Außenrand des Abschlußdeckels, also der Außenrand der umgefalzten
oder umgebördelten inneren Scheibe, zusätzlich mit einer Schicht aus einem isolierenden
Material umgeben werden, vorzugsweise einem elektrisch isolierenden Dichtungswerkstoff.
Als solcher Werkstoff wird vorzugsweise ein Elastomer verwendet. Dieses kann entweder
direkt auf die radial äußeren Randbereiche des Abschlußdeckels bzw. der inneren
Scheibe des Abschlußdeckels aufvulkanisiert sein oder als separates Fertigteil um
dieses Rand herum gelegt oder gespannt werden.
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Der elektrische Kontakt zur metallischen Unterseite des Deckels, die
von der metallischen Außenseite des Deckels elektrisch isoliert ist, kann in solchem
Fall durch zusätzliche Lötverbindungen oder Klemmverbindungen hergestellt
werden.
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In einem so aufgebauten Abschlußdeckel kann weiterhin in einfacher
Weise eine Überdruck sicherung nach Art eines Berstventils ausgebildet sein. Zu
diesem Zweck weisen die äußere und die innere Scheibe in koaxialer Anordnung durchgehende
Öffnungen auf, deren freier Durchgang durch die unverletzte permeationsfeste Isolatorschicht
unterbrochen ist. In Abstimmung mit der Art und der Stärke des für die Isolatorschicht
gewählten Werkstoffs können dabei die Durchmesser der Öffnungen in den Scheiben
so gewählt und aufeinander abgestimmt werden, daß die Isolatorschicht bei Überschreiten
eines kritischen Grenzdrucks im Inneren des verschlossenen Gehäuses birst.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt die einzige Fig. 1 in schematischer Schnittdarstellung
ein Ausführungsbeispiel des Abschlußdeckels der Erfindung.
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Der in der Fig. 1 gezeigte Abschlußdeckel besteht aus einer inneren
Scheibe 1 aus Aluminium, einer äußeren Scheibe 2, ebenfalls aus Aluminium, und einer
zwischen beiden Scheiben liegenden Isolatorschicht 3, die in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel aus Butylkautschuk besteht. Die Isolatorschicht ist auf die
gesamte zum Inneren des zu verschließenden Gehäuses weisende Unterseite der äußeren
ScheIbe 2 und um deren Außenrand herum unter Bildung eines kreisringförmigen Randbereiches
4 bis auf die nach außen weisende Oberseite 5 der äußeren Metallscheibe 2 aufvulkanisiert.
Die innere Metallscheibe 1 ist unter Bildung einer festen Deckelverbundstruktur
mit ihrem Außenrand
fest um die Isolatorschicht und den Außenrand
der äußeren Metallscheibe 2 herum umgefalzt. Der ursprüngliche flache Durchmesser
der inneren Scheibe 1 ist dabei so bemessen, daß nach dem Umfalzen des äußeren Randes
der Scheibe ein radial innenliegender Abschnitt des auf der Außenseite der äußeren
Scheibe 2 liegenden Bereichs 4 der Isolatorschicht 3 freiliegend übersteht. Der
radial innenliegende Rand 6 des umgefalzten Abschnitts 7 der innenliegenden Scheibe
1 ist dabei leicht abgekantet oder abgerundet, so daß er dichtend in den Abschnitt
4 der Isolatorschicht 3 eingepreßt ist.
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Der als Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 gezeigte Abschluß deckel
weist weiterhin ein Durchführungselement 8 auf, das elektrisch isoliert und hermetisch
abgedichtet an der äußeren Metallscheibe 2 befestigt ist. Das Durchführungselement
8 greift durch eine Öffnung 9 in der Isolatorschicht 3 und eine Öffnung 10 in der
inneren Scheibe 1 hindurch in das Innere des zu verschließenden Gehäuses zu Anschluß
zwecken hinein. Dabei ist der Durchmesser der Öffnung 10 in der inneren Scheibe
1 ausreichend größer als der Durchmesser des Durchführungselementes 8 an dieser
Stelle bemessen, um jede Berührung und jeden elektrischen Überschlag zwischen der
Scheibe lund dem Durchführungselement 8 auszuschließen. Zur Verminderung der Überschlagsgefahr
kann die Isolatorschicht 3 das Durchführungselement 8 umgebend in die Öffnung 10
hineingezogen sein.
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Das Durchführungselement 8 ist durch eine Öffnung 11 in der äußeren
Scheibe 2 geführt, wobei die Öffnung mit einer nach radial innen vorspringenden
flanschartigen Stufe 12 versehen ist. Das Durchführungselement 8 ist mit einem außenflanschartig
abestehenden Ringabschnitt 13 versehen, der unter Zwischenschaltung eines elektrisch
isolierenden
Abdichtringes aus einem flexiblen elastischen Material,
hier Butylkautschuk, auf der flanschartigen Stufe 12 aufliegt. Die Öffnung 11 und
die Stufe 12 sind mit einem hochstehenden Rand 15 umgeben, dessen oberer Rand 16
nach innen umgebördelt ist und über den umgeschlagenen Abdichtungsring 14 von oben
her den Ringabschnitt 13 des Durchführungselementes 8 elektrisch isoliert und gasdicht
und flüssigkeitsdicht auf die Stufe 12 preßt.
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Der einfacheren Darstellung halber ist in der Fig.1 nur ein solches
Durchführungselement 8 dargestellt. In der Praxis weist die Abdeckscheibe der Erfindung
jedoch in aller Regel mehrere solcher Durchführungselemente in räumlichem Abstand
voneinander auf die Deckelfläche verteilt auf.
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Dabei ist jedes dieser Durchführungselemente 8 sowohl gegen die äußere
Metallscheibe 2 als auch gegen die innere Metallscheibe 1 des Abschlußdeckels elektrisch
isoliert. Die einzelnen Durchführungselemente sind damit auch untereinander elektrisch
voneinander isoliert.
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In der Darstellung der Fig. 1 ist weiterhin ein Durchführungselement
17 gezeigt, das der Herstellung eines äußeren elektrischen Anschlusses zur inneren
Metallscheibe 1 dient. Das Durchführungselemente 17 ist an der inneren Metallscheibe
1 angeschweißt, angelötet oder einstückig an dieser angeformt und greift durch eine
Öffnung 18 in der Isolatorschicht 3 und eine Öffnung 19 in der äußeren Scheibe 2
hindurch nach außen hinaus. Dabei ist wiederum der Durchmesser der Öffnung 19 ausreichend
größer als der Außendurchmesser des Durchführungselementes 17 an dieser Stelle,
um beide Elemente elektrisch gegeneinander zu isolieren.
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Weiterhin kann wie vorstehend bereits erläutert un in diesem Fall
in der Figur angedeutet zur Verbesserung der Isolation die Isolatorschicht 3 in
den Spalt zwischen der Öffnung 19 und dem Durchführungselement 17 hineingezogen
sein.
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Sowohl das Durchführungselement 8 als auch das Durchführungselement
17 können in an sich bekannter Weise mit Mitteln zur Herstellung äußerer Anschlüsse
versehen sein, beispielsweise mit Anschlußgewinden oder Lötösen.
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Der in der Figur gezeigte Abschlußdeckel ist weiterhin mit einer überdrucksicherung
in Form eines Berstventils 20 versehen. Dieses steht aus einer Öffnung 21 in der
äußeren Scheibe 2 und einer Öffnung 22 in der inneren Scheibe 1, wobei beide Öffnungen
21, 22 koaxial zueinander ausgerichtet sind. Der freie Durchgang durch die Öffnungen
ist durch die zwischenliegende unverletzte Isolatorschicht 3 hermetisch verschlossen.
Die Durchmesser der Öffnungen 21 und 22, die gleich groß oder ungleich groß sein
können, sind so bemessen, daß beim Auftreten eines vorgegebenen Grenzdrucks im verschlossenen
Gefäß die Membran 3 aufreißt und der aufgebautet Überdruck im Inneren des Gefäßes
abgebaut werden kann.
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Am rechten Rand der Fig. 1 ist weiterhin schematisch dargestellt,
wie der Abschlußdeckel in den oberen Rand eines metallischen Bechergehäuses eingesetzt
ist. In der Wand des Gehäuses 23 ist eine Sicke 24 ausgebildet, die die Unterseite
des Abschlußdeckels trägt. Der überstehende Rand 25 des Gehäuses 23 ist um den Außenrand
7 der inneren Scheibe 1 herum in der Weise umgebördelt, daß die Kante 26 des Randes
25 dichtend in den freiliegenden Ringabschnitt 4 der Isolatorschicht 3 eingreift.
Dabei stehen das Gehäuse 23 und die innere Scheibe 1 elektrisch leitend miteinander
in Verbindung. Die innere Metallscheibe 1 des Deckels kann also mit derselben Polarität
wie das Gehäuse 23 vorgespannt werden. Ein solcherart verschlossener Elektrolytkondensator
braucht nicht nachformiert zu werden.