DE3702663A1 - Elektrische mehrfachkondensatoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Mehrfachkondensa­ toranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebe­ nen Art, ein eine derartige Anordung enthaltendes Durchführungsfilter sowie Verfahren zu deren Herstellung.

Aus der DE-PS 29 25 374 ist ein eine derartige Mehrfach­

kondensatoranordnung enthaltendes elektrisches Durchfüh­ rungsfilter bekannt, bei dem mehrere parallel geführte Leiter jeweils mit Kondensatorbelägen verbunden sind, welche ihrerseits von einer gemeinsamen Gegenplatte durch ein Dielektrikum getrennt sind.

Nachteilig bei der bekannten Lösung ist, daß die mit den Leitern verbundenen Kondensatorbeläge sich quer zu deren Längsachse erstrecken und damit die Kondensatorfläche und infolge dessen auch die jeweils erzielbare Kapazität durch die insgesamt zwischen den Leitern zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des Filters begrenzt ist. Andererseits folgt daraus auch, daß der Abstand der Leiter ein Minimum nicht unterschreiten kann, wenn vorgegebene Kapazitäts­ werte erreicht werden sollen. Darüber hinaus ist die Mon­ tage relativ aufwendig, da jede Kondensatorplatte einzeln mit den Leitern verlötet werden muß.

Desweiteren ist noch eine Mehrfachkondensatoranordnung aus der DE-PS 12 19 124 bekannt, bei der für jeden Leiter ein Wickelkondensator vorgesehen ist, welcher bezüglich seines einen Belags mit dem Leiter und mit dem anderen Belag mit einer quer zu den Leitern gerichteten Wandung verbunden ist. Bei dieser Art Kondensatoren ist die Herstellung und Montage ebenfalls recht aufwendig, da über die Leiter je­ weils noch ein Isolierröhrchen gestülpt ist, welches sei­ nerseits von dem Wickelkondensator umgeben ist. Zwischen den Kondensatorbelägen sind darüber hinaus dielektrische Folien vorzusehen. Eine zur Einbettung verwendete Gieß­ harzmasse dient ausschließlich zur Erhöhung der mecha­ nischen Stabilität und hat keine elektrische Funktion.

Der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei ei­ ner Filteranordnung der eingangs genannten Gattung die Zahl der Einzelteile zu verringern und eine verkleinerte Bauweise zu gestatten, welche auch eine automatische Fer­ tigung ermöglicht.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß vorzugsweise ein zunächst gießfähiges, später erstarrendes elektrisch leitfähiges Material eine geeignete gemeinsame Gegene­ lektrode bildet, wobei mehrere im wesentlichen parallel gerichtete Leiter durch einen derartigen Vergußkörper hin­ durchgeführt werden können und Durchführungskondensatoren bilden, wenn sie von der Vergußmasse jeweils durch ein Röhrchen (oder Überzug) als dielektrisches Element - oder eine entsprechende Beschichtung oder Umhüllung - aus die­ lektrischem Material getrennt sind.

Werden die Leiter durch den Boden eines becherförmigen Gehäuses aus Isoliermaterial hindurch geführt und von die­ sem in räumlicher Ausrichtung gehalten, so bildet ein der­ artiger Becher gleichzeitig eine Gießform, so daß nach dem Einfügen der die Leiter umgebenden Röhrchen oder Überzüge und dem Vergießen mit dem leitfähigen Material eine funk­ tionsfähige Mehrfachkondensatoranordnung bzw. Filterele­ ment erhalten wird. Diese(s) läßt sich in bevorzugter Wei­ se mit den Funktionen anderer elektrischer Bauelemente vereinigen. Dabei kann es beispielsweise ein Stecker- oder Verbinderelement bilden oder auch ein Durchführungselement für ein isolierendes oder leitfähiges Gehäuse.

Die Röhrchen oder Überzüge aus dielektrischem Material trennen im letztgenannten Fall die durch die Gehäuse­ wandung hindurchzuführenden Leiter von dem gießfähigen elektrisch leitfähigen Material. Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden sie bis in die Wandung des becherförmigen Gehäuses aus Isolierstoff geführt, wo sie gehalten werden, so daß durch diesen Abschluß bei der Her­ stellung ein Eindringen von Vergußmaterial in den Bereich zwischen dielektrischem Röhrchen und Gehäusebecher verhin­ dert ist.

Die erfindungsgemäße Mehrfachkondensatoranordnung (sowie ein entsprechendes Filter) lassen sich in vorteilhafter Weise auf unterschiedliche Art herstellen. Neben der zuvor genannten Variante, bei der die Hülsen aus dielektrischem Material auf die im becherförmigen Gehäuse fest angeordne­ ten Leiter aufgeschoben werden, können bei einer anderen Variante auch zunächst die dielektrischen Hülsen mit dem becherförmigen Material verbunden und der verbleibende Hohlraum anschließend mit leitfähigem Gießharz aufgefüllt werden, bevor die Leiter durch die Innenöffnungen der Hül­ sen hindurchgefädelt werden.

Das dielektrische Material läßt sich insbesondere als Lack - vorzugsweise als Isolierlack - wie er zum Isolieren von elektrischen Leiterplatten oder Kupferlackdraht verwendet wird - aufbringen.

Bei der Verwendung als Filter wird die Mehrfachkondensa­ toranordnung bevorzugt durch Induktivitäten bildende bzw. erhöhende Elemente ergänzt. Hierbei wird insbesondere der dielektrische Überzug abschnittsweise mit hochpermeablem Material umschlossen, welches sich ebenfalls innerhalb des Gehäuses befindet.

Diese die Induktivität erhöhenden Elemente bilden entweder einzelne Ferritkörper mit einer oder mehreren Durchgangs­ öffnungen, welche auf die Leiter aufgeschoben bzw. durch welche die Leiter hindurchgefädelt werden, oder aber Blöcke aus erstarrendem Material, das ähnlich wie das leitfähige Material aufgebracht oder verarbeitet werden kann, mit dem Unterschied, daß in einer nichtleitenden Ma­ trix anstelle einer fein verteilten leitenden Substanz hochpermeable Einschlüsse, insbesondere aus Ferritmaterial eingebracht sind.

In günstiger Weise werden nichtleitende Ferritmaterialien verwendet, welche somit die ersten Leiter direkt berühren können. Leitendes Ferritmaterial kann hingegen benutzt werden, wenn ein Isolierlack den Leiter gleichmäßig über­ zieht und dieser einerseits das Dielektrikum in Bezug auf das leitfähige Material bildet und andererseits innerhalb eines Induktivitätselements lediglich die Isolierschicht darstellt.

Bei Verwendung von erstarrendem Material hoher Permeabili­ tät wird dieses bevorzugt quer zur Leitereinrichtung schichtweise abwechselnd mit dem elektrisch leitfähigen Material nach dem jeweiligen Erstarren der vorhergehenden Schicht eingebracht. Gegebenenfalls können aber auch er­ starrende Schichten zwischen fest ausgeformte Blöcke ein­ gefügt werden.

Die Kontaktierung des leitenden gießfähigen Materials er­ folgt entweder durch mindestens einen oder mehrere Leiter, welcher keine dielektrische Umhüllung aufweist oder aber durch das leitfähig ausgebildete Gehäuse, welches durch zusätzliche äußere Kontaktmittel elektrisch auf einem Bezugspotential gehalten werden und damit auch als Ab­ schirmung dienen kann.

Bei anderen vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auch Pi- oder T-Glieder (bzw. die entsprechen­ den Halbglieder) erzeugen, wenn anschließend an oder zwi­ schen Bereichen, die Durchführungskondensatoren bilden, die Leiter umgebendes hochpermeables Material angeordnet ist, das ebenfalls in Form von Blöcken oder Hülsen vorge­ sehen werden kann. Diese Materialbereiche bilden dann auch bei niedrigeren Frequenzen Induktivitäten, wobei be­ vorzugt Ferritmaterial Verwendung findet. Auch hier sind bei der Herstellung verschiedene Wege offen. Das hochper­ meable Material kann entweder in Form von Röhrchen abwech­ selnd mit den Röhrchen aus dielektrischem Material auf die Leiter aufgeschoben werden oder aber als mehrere parallele Durchgangsöffnungen enthaltender Block ausgebildet sein, der gleichzeitig die räumliche Position der Leiter stabi­ lisiert. Auf diese Weise sind auch Durchführungsanordnun­ gen möglich, bei denen das Filterelement ein beidseitig offenes hülsenförmiges Gehäuse aufweist, welches die Lei­ ter umgibt.

Die durch den Ferritkörper stabilisierten Leiter lassen sich - gegebenenfalls einschließlich Dielektrikum - in der zuvor beschriebenen Weise vergießen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Darstellung für einen Steckverbinder,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Form einer Durchführungsanordnung sowie

Fig. 3 einer Variante der Anordnung nach Fig. 2 im Schnitt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einen Formkörper 1, der ein Gehäuse bildet und aus Iso­ lierstoff besteht ein elektrisches Filter der erfindungs­ gemäßen Art eingebettet.

Der Formkörper 1 bildet hier das Gehäuse eines Steckver­ binders, welcher mit einem Flansch 2 versehen ist. Die Ausformung des Gehäuses entspricht den an einen derartigen Steckverbinder zu stellenden Anforderungen.

Eine Anzahl von Leitern 3 bis 12 ist elektrisch leitend durch das Gehäuse 1 parallel hindurchgeführt, wobei die Leiteranordnung der gewünschten Steckerkonfiguration ent­ spricht. Die dem Flansch 2 benachbarten Enden 13 bilden die Steckerstifte, während die gegenüberliegenden Enden Anschlüsse bilden, die als Lötverbindungen auch in ge­ druckte Leiterplatinen eingefügt werden können. Die Leiter sind im Bereich des Flansch 2 fest mit dem Gehäuse 1 aus Isolierstoff verbunden - werden also bevorzugt von dem Isolierwerkstoff in einer entsprechenden Form umspritzt. Der den Steckeranschlüssen abgewandte, becherförmige Teil des Gehäuses 1 dient zur Aufnahme der eigentlichen Filter­ elemente. Zu deren Erzeugung werden die Leiter 4 bis 12 mit Hülsen aus dielektrischem Material 14 bis 22 überzo­ gen. Die Leiter bestehen aus Phosphorbronze.

Das dielektrische Material kann auch in anderer Weise durch Tauchen oder Bedampfen der Leiter aufgebracht wer­ den. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Leiter 3 nicht mit einer derartigen hülsenförmigen Schicht aus dielektrischem Material versehen. Er überträgt das Bezugspotential für die Siebkondensatoren der Filter­ anordnung. Der Leiter 3 kann bevorzugt auch in anderer Form ausgebildet werden, insbesondere durch das becherför­ mige Gehäuse 1, wobei er über den Flansch 2 hinausgeführt sein kann.

Das Verbindungselement der in Fig. 1 dargestellten Art kann auch als (weibliches) Gegenelement für den Steckver­ binder oder aber auch für andersartige Verbinder vorgese­ hen, wobei die Art des Verbindungselementes durch die Ge­ staltung der Enden 13 bestimmt wird.

Nach dem Einbringen der Hülsen 14 bis 22 aus dielektri­ schem Material wird der becherförmige Teil des Gehäuses 1 mit einem zunächst flüssigen in der Form erstarrenden leitfähigen Werkstoff ausgefüllt, der jedoch nicht die mit dielektrischer Umhüllung versehenden Leiter direkt kontak­ tiert. Das entsprechende Material läßt sich bei entspre­ chend ausgerichtetem Becher von oben her einfüllen und reicht nicht ganz an die Enden der dielektrischen Hülsen heran. Durch das Füllmaterial erreicht die Anordnung eine große Festigkeit, da der gesamte Innenraum des Bechers damit massiv aufgefüllt ist und zur mechanischen Stabi­ lität der Anordnung beiträgt. Insbesondere ist auch der gegenseitige Abstand der freien Leiterenden gewährleistet, so daß diese auch mit äußeren elektrischen Verbindungen kontaktierbar sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Filterelement als Durchführungseinheit in einem hül­ senförmigen Gehäuse 31 angeordnet, das aus elektrisch leitfähigem Material besteht und direkt mit angrenzenden Wandungsteilen - beispielsweise einem geschlossenen Me­ tallgehäuse - verlötet oder in sonstiger Weise verbunden werden kann (die entsprechende Gehäusewandung 32 ist aus­ schnittweise gestrichelt dargestellt). Bei dem hier wie­ dergebenen Ausführungsbeispiel sind die Leiter 33 bis 42 jeweils beidseitig mit Lötanschlüssen versehen und können in Leiterplatten eingelötet oder auch mit hülsenförmigen Kontakten versehen werden. Die dargestellte Anordnung bil­ det ein Pi-Filter, da im Zentrum des hülsenförmigen Gehäu­ ses ein Induktivitätselement 43 aus hochpermeablem Ma­ terial (Ferrit) eingefügt ist. Der Block ist mit zylindri­ schen Öffnungen zum Durchlaß der Leiter 33 bis 42 verse­ hen, wobei dieser Block zur mechanische Stabilisierung der Leiter dient. Die Leiter 33 bis 42 werden in den Block 43 eingefügt und vorher mit einem hülsenförmigen, insbesonde­ re röhrchenförmigen Dielektrikum überzogen. Die entspre­ chende Beschichtung des Leiters 33 ist (an zwei Beispie­ len) mit 44 und 45 bezeichnet. Diese Hülsen reichen durch den Block 43 hindurch, so daß beim nachfolgenden Einbrin­ gen von leitfähigem Material in flüssigem Zustand in die verbleibenden becherförmigen Kammern keine direkte Kontak­ tierung der mit dielektrischen Hülsen versehenen Leiter vorkommt. Das erstarrte elektrisch leitfähige Material bildet kompakte Blöcke 46 und 47 und kontaktiert das Ge­ häuse 31.

In Fig. 3 ist die Anordnung gemäß Fig. 2 in einer Aus­ führungsvariante mit becherförmigem Gehäuse im Schnitt dargestellt. Das becherförmige Gehäuse ist dabei mit 31′ und die zusätzliche Wandung mit 48 bezeichnet. Eine Stufe als Abstandhalter 51 ermöglicht ein Einbringen und posi­ tionssicheres Halten des Blocks 43 vor dem Vergießen. Der Block 43 braucht also nicht die beiden leitfähigen Blöcke 46 und 47 dichtend voneinander zu trennen, sondern kann mit Durchlässen 49 oder dergleichen versehen sein, um das Ausgießen des Hohlraums in dem hülsenförmigen Gehäuse auch von einer Seite her zu ermöglichen. Um ein bequemes Einlö­ ten der freien Enden in Leiterplatten zu ermöglichen, sind diese wie bei der Ausführung gemäß Fig. 1 an einer Seite (in der Zeichnung rechts) rechtwinklig abgewinkelt.

Es ist ersichtlich, daß auf die dargestellte Art und Weise mehrgliedrige Kettenfilter erzeugt werden können, wobei jeweils abwechselnd dielektrische und hochpermeable Be­ reiche aufeinanderfolgen.

Die dargestellten Filterelemente lassen sich auf einfache Art und Weise - auch vollautomatisiert - fertigen und sind im Zuge der Miniaturisierung von Funk- und Datenverarbei­ tenden Geräten vorteilhaft zu verwenden. Insbesondere günstig ist, daß sich auch für kleinste Rastermaße noch Filter erzeugen lassen und auch die üblichen Steckverbin­ der ohne besondere Schwierigkeiten zusätzlich mit den erfindungsgemäßen Mehrfachkondensatoranordnungen bzw. Fil­ tern versehen werden können.

Die Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnungen umfassen das Zusammen­ fügen der Einzelelemente in der zuvor dargestellten Art und Weise und Reihenfolge. Insbesondere werden dabei die ersten Leiter und/oder die dielektrischen Hülsen mit dem leitfähigen und/oder hochpermeablen und später aushärten­ den Material in flüssigem Zustand umgossen oder umspritzt. Das Gehäuse bildet dabei vorzugsweise die Gieß- bzw. Spritzform und/oder eine Halterung für die (zweiten) Lei­ ter.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (24)

1. Elektrische Mehrfachkondensatoranordnung für mehrere, insbesondere parallel gerichtete, drahtförmige erste Leiter,
gekennzeichnet durch
hülsenförmige, die ersten Leiter (4 bis 12; 33 bis 42) umgebende dielektrische Elemente (14 bis 22; 44, 45),
ein elektrisch leitfähiges Medium (23, 46), welches sei­ nerseits die dielektrischen Elemente umgibt,
mindestens einen zweiten Leiter (3, 31), welcher mit dem elektrisch leitfähigen Medium in leitender Verbindung steht.

2. Mehrfachkondensatoranordnung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das dielektrische Element jeweils einen Überzug über den ersten Leiter bildet.

3. Mehrfachkondensatoranordnung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Überzug durch einen Isolationslack oder eine keramische Beschich­ tung gebildet wird.

4. Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten und/oder zweiten Leiter aus einer Leiterbronze, insbesondere Phosphorbronze, bestehen.

5. Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorange­ henden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, welches das leitfähige Medium umgibt und min­ destens einen Durchlaß für die Leiter aufweist ohne die ersten Leiter elektrisch leitend zu kontaktieren.

6. Mehrfachkondensatoranordnung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitend ausgebildete Gehäuse mit mindestens einem zweiten Leiter in Verbindung steht oder einen derar­ tigen Leiter bildet.

7. Elektrisches Durchführungsfilter enthaltend eine Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch min­ destens ein die Induktivität erhöhendes Element (43), wel­ ches mindestens einen ersten Leiter umgibt.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das die Induktivität erhöhende Element den ersten Leiter umgibt, ohne diesen elektrisch leitend zu kontaktieren.

9. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das die Induktivität erhöhende Ele­ ment den ersten Leiter in einem Bereich umgibt, in dem er auch vom dielektrischen Element umgeben ist.

10. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das die Induktivität erhöhende Ele­ ment mindestens teilweise aus Ferrit besteht.

11. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das leitende Medium bzw. das die Induktivität erhöhende Element als Block quader- bzw. schichtförmig ausgebildet ist und mehrere räumlich vonein­ ander getrennte Durchlässe mindestens für die ersten Lei­ ter aufweist.

12. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach An­ spruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine innere Anschlagkante (51) bzw. minde­ stens einen Abstandhalter für einen den Leiter ausgerich­ tet haltenden Block aufweist.

13. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach An­ spruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Block mindestens einen Durchlaß in Leiterrichtung aufweist, welcher nicht von einem Leiter ausgefüllt ist.

14. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach An­ spruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Block an das Gehäuse angrenzt.

15. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das leitfähige Medium und/oder das die Induktivität erhöhende Element aus einem erstarrten und/oder chemisch vernetzten Medium besteht.

16. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Teil eines elektrischen Steckverbinders.

17. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Durchführungselement mit einer äußeren leitenden Anschlußfläche, welche die ersten Leiter einschließlich Dielektrikum, leitendem Medium bzw. der die Induktivität erhöhenden Elemente tangential umschließt.

18. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leiter an ihren Enden recht­ winklig abgebogen sind.

19. Filter bzw. Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse die Flanschhalterung des Steckverbinders aufweist und/oder im Falle seiner leitenden Ausbildung die Abschirmung bildet.

20. Verfahren zur Herstellung eines Filters bzw. einer Mehrfachkondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter bzw. die dielektrische Umhüllung mit dem elektrisch leitfähigen und/oder dem das die Induktivität erhöhende Element bildenden hochpermeablen und später aus­ härtenden Material in dessen flüssigem oder pastösem Zu­ stand umgossen, umpreßt oder umspritzt werden bzw. die er­ sten Leiter und/oder die dielektrischen Hülsen in den leitfähigen und/oder hochpermeablen Materialblock in des­ sen vorgeformte Ausnehmungen eingefädelt werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse gegebenenfalls einschließlich eines leitfähigen oder hochpermeablen Mate­ rialblocks eine Gieß- bzw. Spritzform für ein erstarrendes Material und/oder eine Halterung für die Leiter bildet.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Umspritzen durch eine in einem Block vorhandene Öffnung hindurch erfolgt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die ersten Leiter vor dem Einbringen in das elektrisch leitfähige und/oder das Induktivitätselement bildende hochpermeable Material mit der dielektrischen Beschichtung oder Umhül­ lung versehen werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dielektrische Beschich­ tung durch Spritzen, Tauchen, Umwickeln, Aufschieben bzw. in flüssiger oder pastöser Form mit nachfolgendem Aushär­ ten aufgebracht wird.