WO2024240821A1 - Housing part with an electrical bushing for an electrical device, and energy store with such a housing part - Google Patents
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Definitions
- Housing part with electrical feedthrough for an electrical device and energy storage device with such a housing part
- the invention relates to a housing part for an electrical device, in particular for an electrical energy storage device, in particular a battery, preferably a microbattery, a capacitor, with an electrical feedthrough, comprising a base body with a through-opening and a connection pin arranged in the through-opening, which is held in the through-opening in an electrically insulating manner by means of a fixing material.
- a further aspect of the invention relates to an electrical energy storage device which comprises such a housing part with at least one feedthrough.
- Electrical energy storage devices also called electrical storage devices - such as batteries or capacitors, the latter including supercapacitors, are used in a variety of applications for storing and providing electrical energy.
- the electrical energy storage devices usually comprise a housing and at least one storage cell accommodated in the housing.
- the housing often comprises a cup-shaped housing element.
- Another component of the housing is a housing part with at least one electrical feedthrough, via which the storage cell can be electrically contacted from the outside.
- the housing part can form the cover or cover part of an electrical storage device or be part of a cover or cover part.
- Batteries in the sense of the invention are understood to be both a disposable battery that can be disposed of and/or recycled after it has been discharged and also accumulators.
- Accumulators preferably lithium-ion batteries, are intended for various applications such as portable electronic devices, mobile phones, power tools and in particular electric vehicles.
- the batteries can replace traditional energy sources such as lead Replace acid batteries, nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries.
- the battery can also be used in sensors or in the Internet of Things.
- Supercapacitors also called supercaps, are, as is well known, electrochemical energy storage devices with a particularly high power density. Unlike ceramic, film and electrolytic capacitors, supercapacitors do not have a dielectric in the traditional sense. In particular, they implement the storage principles of static storage of electrical energy through charge separation in a double-layer capacitance and the electrochemical storage of electrical energy through charge exchange with the help of redox reactions in a pseudocapacitance.
- Supercapacitors include in particular hybrid capacitors, in particular lithium-ion capacitors. Their electrolyte usually comprises a solvent in which conductive salts are dissolved, usually lithium salts. Supercapacitors are preferably used in applications in which a high number of charge/discharge cycles are required. Supercapacitors are particularly advantageous in the automotive sector, in particular in the field of recuperation of braking energy. Other applications are of course also possible and covered by the invention.
- connection pin is held in an electrically insulating manner by a fixing material in a through hole formed in a base body.
- connection pin is generally used here for a functional element, which can be an electrical conductor, for example.
- the Base bodies with a through-hole have a large material thickness in order to achieve tightness and stability over a large contact length between the wall of the through-hole of the base body and the fixing material, which results in large, relatively heavy storage devices with large dimensions, for example heights. Housing parts with a large material thickness, however, lead to a small volume inside the housing, for example of a storage device.
- DE 10 2014 016 601 A1 shows a housing component, in particular a battery housing or capacitor housing with a feedthrough, wherein a pin-shaped conductor in a glass or glass ceramic material is passed through a through-opening, wherein the housing component has a reinforcement in the area of the through-opening, while the rest of the housing component is made thinner. In this way, weight can be saved and a stable, tight feedthrough can still be provided.
- W02020/104571 A1 shows an electrical storage device as a micro battery with a feedthrough, wherein the feedthrough is embedded in a battery cover part with a formed collar.
- a flexible flange is also disclosed in the area of the feedthrough. Formed collar and flexible flange represent two possibilities for providing a greater contact length for the fixing material in a thin housing part or base body despite the low material thickness in the area of the through-opening.
- a microbattery is known from WO2021/185648 A1, which is characterized by a particularly compact design.
- the metal fixing material feedthrough provided in the base body for an electrical connection of the microbattery can be designed as a pressure glazing, so that a particularly reliable sealing of the feedthrough is achieved.
- a reinforcement, a formed collar or a formed base body with a flexible flange are also used in the area of the feedthrough in order to stabilize the housing part and to provide reliable electrical insulation of the connection pin introduced into the through-opening by forming a longer contact length for the fixing material in the through-opening of the base body.
- the geometric design of the top of the housing part differs from the geometric design of the bottom of the housing part, i.e. the housing part is asymmetrical with regard to the feedthrough - comprising the through hole in the base body, the fixing material, the connection pin - in relation to a plane of symmetry lying in the housing part plane.
- WO 2021/185649 A1 teaches how to glaze a conductor over a glass or glass ceramic material in the through hole of a thicker base body in order to create a tight connection between the connection pin, fixing material and base body. The entire feedthrough created is then reduced in thickness by machining on one or both sides.
- a housing part with the features of claim 1 is achieved by a housing part with the features of claim 1.
- a housing part with better symmetry is provided, which reduces the manufacturing effort for the housing part because less effort has to be invested in the correct alignment of the components.
- the risk of components being incorrectly arranged in the finished housing part is reduced.
- the improved symmetry of the housing part is due to a symmetrical implementation.
- the improved symmetry of the housing part is achieved by a symmetrical connecting flange on the outer edge of the base body. It is particularly advantageous in one embodiment if the housing part combines both variants, i.e. it has both a symmetrical feedthrough and a symmetrical connecting flange.
- a housing part is proposed, in particular for an electrical storage device, with an electrical feedthrough.
- the housing part comprises a base body with a through-opening and a connection pin arranged in the through-opening, which is held in the through-opening in an electrically insulating manner via a fixing material, so that an electrical feedthrough is formed.
- a disk-shaped base body with a substantially uniform thickness is used as the base body.
- substantially uniform thickness means that the base body has the same thickness outside the area of the through-opening as in an area adjacent to the through-opening.
- the base body is therefore flat and has no reinforcement, collar, flexible flange or similar reinforcing means.
- the edge on the outer circumference of the base body is not taken into account.
- the base body has a symmetrical feedthrough.
- the fixing material and the connection pin are arranged symmetrically to a plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body, so that the housing part is symmetrical with respect to the feedthrough. In terms of geometry, there are therefore no differences between the top and bottom of the housing part. This means that one end face or surface of the connection pin is just as far away from the plane of symmetry on the bottom of the housing part as the other end face or surface of the connection pin on the top of the housing part.
- Such a symmetrical housing part can be manufactured with less manufacturing effort, since measures for determining the orientation of the individual parts can be omitted.
- the distance between the end faces of the connecting pin is the thickness of the connecting pin.
- the height of the fixing material is greater than the thickness of the base body in the area of the through opening.
- the end faces of the fixing material are thus each arranged to protrude beyond a surface of the base body.
- the fixing material advantageously has a substantially uniform height starting from the connection pin, i.e. a substantially constant height.
- the opposite end faces of the fixing material - starting from the connection pin - are advantageously arranged substantially parallel to one another.
- An exception to this can be a contact area between the base body and the fixing material (see below).
- Such dimensioning of the fixing material also offers manufacturing advantages, as it is ensured that there is enough fixing material for a secure and tight fixation, in particular glazing, of the connection pin.
- the fact that the front sides of the fixing material are each arranged to protrude beyond a surface of the base body creates a reservoir for the fixing material, which can be used to compensate for volume fluctuations in the fixing material and fluctuations in the dimensions of the components, for example. This also improves the insulation between the connection pin and the base body, so that a short circuit with the base body can be avoided when the connection pin is contacted.
- both end faces of the fixing material converge towards the base body.
- the height of the fixing material increases from the base body towards the connection pin until the essentially uniform height is reached or the front sides of the fixing material run parallel to each other.
- the contact area can coincide with the wall of the through hole, but it does not have to (see description below for "fixing material overflow 1 ").
- the difference i.e. the difference
- the difference between the height of the fixing material and the thickness of the base body is a maximum of 30%, preferably a maximum of 28%.
- An advantageous lower limit for the difference can be 6% or 8%, i.e. the height of the fixing material is 6 to 30% greater than the thickness of the base body.
- the difference is distributed symmetrically on both sides of the housing part, so that it is a maximum of 15% or a maximum of 14% and/or at least 3% or 4% per side.
- symmetrical feedthrough is of course to be understood within the limits of the usual manufacturing tolerances.
- it is considered to be symmetrical in particular if a plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body deviates preferably by less than 4% of the thickness of the connecting pin from a connecting pin plane of symmetry lying centrally in the plane of the connecting pin.
- the distance between the planes of symmetry is less than 4% of the thickness of the connecting pin.
- the deviation can be even smaller, in particular less than 3%, preferably less than 2%.
- the housing part comprises a symmetrical base body.
- the disc-shaped base body with a substantially uniform thickness on its outer edge has a symmetrical connecting flange.
- the symmetrical connecting flange is arranged symmetrically to a plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body.
- the term "symmetrical connecting flange" is of course to be understood within the limits of the usual manufacturing tolerances.
- a symmetrical connecting flange is preferably designed in that the base body has a matching step and/or bevel or chamfer on the edge on both its top and bottom sides, ie there is a step and/or chamfer on both sides.
- the base body has a symmetrical connecting flange, which can also be designed without steps and without bevels, no distinction has to be made between the top and bottom of the base body during manufacture of the housing part. Even if the finished housing part is later to have an asymmetrical leadthrough, in which the front side of the connection pin and/or the fixing material on the underside of the housing part is at a different distance from the plane of symmetry of the base body than that on the top of the housing part, the correct orientation of the base body in relation to the later top or bottom side is not important during the manufacture of the housing part. This reduces the manufacturing effort.
- connection to another housing component - for example a cup-shaped housing element or another cover element of the cover - can be made at the symmetrical connecting flange, for example using a welded or soldered connection.
- the connection is preferably designed in such a way that it is largely gas-tight and preferably provides a He leak rate of less than 10' 8 mbar l/sec at a pressure difference of 1 bar.
- the symmetrical connecting flange can have a centner function.
- a base body with a symmetrical connecting flange if the height of the fixing material is greater than the thickness of the base body in the area of the Through opening. At least one plane or end face of the fixing material can be arranged to protrude beyond a surface of the base body.
- the fixing material advantageously has a substantially uniform height starting from the connecting pin, i.e. a substantially constant height. In other words, the opposing end faces of the fixing material - starting from the connecting pin - are advantageously arranged substantially parallel to one another. An exception to this can be a contact area between the base body and the fixing material (see below).
- This design and arrangement of the fixing material provides a particularly compact, space-saving feedthrough, in contrast to a feedthrough with an arcuately curved course of the fixing material surface as the height of the fixing material increases towards the connecting pin.
- Such dimensioning of the fixing material also offers manufacturing advantages, as it is ensured that there is sufficient fixing material for secure and tight fixing, in particular glazing, of the connecting pin.
- the fact that at least one end face of the fixing material is arranged so as to protrude beyond a surface of the base body provides a reservoir for the fixing material, which can be used to compensate for volume fluctuations in the fixing material and fluctuations in the dimensions of the components. This also improves the insulation between the connection pin and the base body, so that a short circuit with the base body can be avoided when the connection pin is contacted.
- the height of the fixing material increases from the base body towards the connection pin until the essentially uniform height is reached or the end faces of the fixing material run parallel to each other.
- the contact area can coincide with the wall of the through hole, but it does not have to (see below).
- terms such as “uniform thickness”, “uniform height”, “constant height”, “parallel end faces”, “consistent step and/or bevel” etc. are of course to be understood within the scope of the usual manufacturing tolerances.
- the difference i.e. the difference
- the difference between the height of the fixing material and the thickness of the base body is a maximum of 30%, preferably a maximum of 28%.
- An advantageous lower limit for the difference can be 6% or 8%, i.e. the height of the fixing material is 6 to 30% greater than the thickness of the base body.
- the difference can be distributed symmetrically on both sides of the housing part, so that it is a maximum of 15% or a maximum of 14% and/or at least 3% or 4% per side. In the case of a base body with a symmetrical connecting flange, the difference can also be distributed asymmetrically between the sides of the housing part. A flush arrangement of the fixing material and the base body on one side is also possible.
- a particularly advantageous embodiment of the housing part is one in which the base body has both a symmetrical passage and a symmetrical connecting flange.
- Such housing parts can be manufactured with reduced effort.
- the effort involved in assembling a housing that includes the advantageous symmetrical housing part is simplified because the top and bottom of the housing part have a matching geometry.
- the fixing material advantageously has a shaped surface in the region in which its end faces run essentially parallel or the fixing material has an essentially uniform height.
- a shaped surface is formed in particular in contact with melt molds and preferably has a surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of > 1 pm.
- the fixing material can have a free-form surface, preferably with a curvature.
- a free-form surface forms without contact with a mold.
- the free-form, preferably curved section can have a fire-polished surface, preferably with a surface roughness Ra of ⁇ 0.2 pm, preferably ⁇ 0.1 pm.
- the surface roughness Ra was determined here tactilely using a profilometer. Ra is preferably determined in accordance with DIN EN ISO 4287.
- the base body When looking at the housing part in vertical cross-section, the base body has a gap on both sides between the connecting pin arranged in its through-opening, which gap is filled with fixing material.
- the gap is therefore the distance between the wall of the through-opening and the wall of the connecting pin.
- an imaginary tangent applied to the surface of the fixing material at the contact point with the connection pin forms a contact angle with the connection pin of approximately 90°.
- there is a right angle (naturally within the limits of the usual manufacturing tolerances), here preferably an angle of 90° with a deviation of +/- 2°. This is described in more detail below. This provides a hermetic connection and at the same time a compact feedthrough.
- the desired substantially uniform height of the fixing material is present at the latest after 25%, preferably at the latest after 20%, preferably at the latest after 15% of the distance between the base body and the connecting pin, wherein the reference point, ie the starting point for the observation, the base body.
- a plateau is thus quickly formed in which the fixing material has a substantially constant height and the end faces of the fixing material run substantially parallel to one another.
- a plateau with a substantially constant height of the fixing material can advantageously extend over at least 75%, advantageously at least 80%, preferably at least 85% of the distance between the base body and the connection pin. This provides a long insulation distance.
- the fixing material not only protrudes beyond one or both surfaces of the base body, but also covers the edge of the through-opening, i.e. the fixing material can cover an area of the top side of the base body adjacent to the through-opening.
- a constellation is referred to in the disclosure as "fixing material overflow” or “fixing material coverage”.
- a fixing material overflow can be formed on one side of the base body or on the other side of the base body or on both sides of the base body, depending on whether a symmetrical or asymmetrical passage is present.
- the contact area between the fixing material and the base bodies is not only in the area of the wall of the through-opening, but extends beyond the edge of the through-opening onto a surface of the base body, on at least one side of the base body.
- at least one end face of the fixing material converges towards the base body.
- the height of the fixing material increases starting from the base body, but not only starting from the through-opening, but already starting from a surface of the base body, so that one edge of the through-opening is covered.
- a fixative overflow increases the reservoir for the fixative and increases the isolation effect.
- the implementation mechanically more stable and the hermetic seal more secure.
- the desired essentially uniform height of the fixing material is advantageously achieved after 10% at the latest, preferably after 5% at the latest, of the distance between the base body and the connection pin.
- a plateau with an essentially constant height can advantageously extend over at least 90%, advantageously at least 100% of the distance between the base body and the connection pin.
- the connecting pin can have two end faces and a lateral surface.
- it can have a circular cylindrical shape, with the lateral surfaces of the cylinder facing the fixing material.
- general cylindrical shapes with other end face shapes are also conceivable.
- oval shapes or rectangles with rounded corners are conceivable.
- the connecting pin is also constructed symmetrically.
- the connecting flange it can be constructed symmetrically or asymmetrically.
- the disk-shaped base body, the fixing material and the connecting pin form a metal fixing material passage through which the through opening of the base body is closed.
- the passage formed is preferably hermetically sealed.
- Hermetically sealed is considered to be a He leakage rate of 1 ⁇ 10 -8 mbar l/s at a pressure difference of 1 bar.
- the housing part according to the invention can in particular be a housing part for forming a housing for an electrical storage device.
- the housing part can be designed as a cover part or lid that can be joined together with a cup-shaped housing element to form a housing for an electrical storage device.
- the housing part can also be part of a lid or cover part in that the housing part is inserted into an opening that is formed in a cover element.
- the electrical storage device can in particular be a battery or a capacitor, including a supercapacitor, wherein the housing usually accommodates at least one storage cell that can be electrically contacted from the outside via the electrical feedthrough as a connection terminal.
- the housing part can also comprise a feedthrough that is designed as a multi-pole feedthrough, in which the base body has several through-openings and in each of the through-openings a connection pin is held by a fixing material.
- the base body has a thickness in the range 0.1 mm to 1 mm, preferably 0.15 mm to 0.8 mm, in particular 0.15 mm to 0.6 mm.
- a housing part for a particularly compact, small electrical device - in particular an electrical storage device or sensor housing, preferably a battery, in particular a microbattery, or capacitor - can be provided with a feedthrough.
- the base body or the housing part has a connecting flange, in particular an asymmetrical connecting flange, on the outer edge.
- the connecting flange can serve to align and center the housing part or base body in relation to another housing component, for example a cup-shaped housing element or a cover element, during the assembly of a housing or cover.
- a corresponding counter flange can advantageously be formed on the other housing component.
- the connection to the other housing component can be made on the connecting flange, for example by means of a welded connection or soldered connection.
- the connection is preferably designed in such a way that it is largely gas-tight and preferably a He leak rate of less than 10' 8 mbar l/sec at a pressure difference of 1 bar is provided.
- the connecting flange can be designed as a one-sided step or one-sided bevel, with the thickness of the base body decreasing towards the edge.
- the step or bevel of the connecting flange can be formed on the first side of the base body, with the first side being the side that faces inwards when a housing is formed.
- the step or bevel could also be formed on the second side of the base body, with the second side being the side that faces outwards when a housing is formed.
- the fixing material and the connecting pin are arranged symmetrically to a plane of symmetry in the middle of the plane of the base body within the scope of the invention, it is irrelevant for the manufacture of the housing part from individual parts in which direction the connecting flange points, ie on which side of the base body the one-sided step or the one-sided bevel is formed. Due to the orientation of the base body, of the fixing material and the connecting pin on the plane of symmetry, the prior orientation of the base body in relation to the step or bevel can be omitted during the manufacture of the housing part. This saves costs and avoids product defects.
- the front sides of the connection pin are each arranged flush with a surface or front side of the fixing material.
- the surfaces of the connection pin are thus on both sides of the housing part in the same plane as the surface of the fixing material. Due to the flat shape of the electrical feedthrough, the feedthrough and thus the housing part can have a low overall height.
- both end faces of the connection pin are arranged so as to protrude beyond a surface or end face of the fixing material, particularly in the case of symmetrical feedthrough at the same distance from the plane of symmetry of the base body.
- the end faces or surfaces of the connection pin are thus located on both sides of the housing part above the level of the respective end face or surface of the fixing material. This creates an increased contact surface, which allows simple electrical contact of the connection pin, for example by welding on contact lugs.
- the connecting pin is designed asymmetrically, ie has an asymmetrical geometry and/or an asymmetrical structure.
- the connecting pin and/or the fixing material can advantageously be designed asymmetrically in the The feedthrough can be arranged in such a way that its front sides are spaced at different distances from the plane of symmetry of the base body. Measures for the orientation of an asymmetrical connection pin or an asymmetrically arranged connection pin can be omitted.
- connection pin In a design with a symmetrical base body through a symmetrical connecting flange, it can be advantageous if one end face or both end faces of the connection pin are arranged flush with a surface of the base body. Since the base body is symmetrical, the manufacturing effort for the housing part is also reduced if only one end face of the connection pin is arranged flush with a surface of the base body or the end faces of the connection pin are at different distances from the plane of symmetry of the base body, i.e. there is an asymmetrical feedthrough.
- connection pin In a design with a symmetrical base body through a symmetrical connecting flange, it can be advantageous if one end face or both end faces of the connection pin are arranged to protrude beyond a surface of the base body. Since the base body is symmetrical, the manufacturing effort for the housing part is also reduced if only one end face of the connection pin is arranged to protrude beyond a surface of the base body or if the end faces of the connection pin are at different distances from the plane of symmetry of the base body, i.e. an asymmetrical feedthrough is present.
- the material of the base body and/or the material of the connecting pin are preferably selected from steel, in particular ferritic, austenitic or duplex steel, stainless steel, stainless steel, iron-nickel alloys, iron-nickel-cobalt alloys, KOVAR, molybdenum, titanium, titanium alloy, aluminum or aluminum alloy.
- the connecting pin can consist of or comprise one of the materials mentioned.
- a preferred example comprises a base body made of austenitic steel and a connecting pin comprising or consisting of austenitic steel.
- the fixing material is a glass, a glass ceramic or a ceramic or comprises a glass, a glass ceramic or a ceramic.
- Preferred glasses include technical glasses, in particular oxidic glasses, which are preferably chemically resistant to common materials in connection with electrical energy storage devices.
- the fixing material is, for example, an aluminum borate glass, which comprises Al2O3 and B2O3, or a bismuth glass, which comprises, for example, Bi2O3 as a glass former.
- glasses that comprise lead oxide as a glass former in particular glasses from the PbO-B2O3 system, or glasses containing vanadium can be used as fixing material.
- suitable glasses are selected as fixing materials according to their properties such as melting temperature and/or expansion coefficient.
- the melting point of the fixing material is selected to be lower than the melting point of the material of the connecting pin or of all materials of the connecting pin. This ensures that the connecting pin is not damaged when the metal fixing material is manufactured using a temperature treatment step, for example for sintering or glazing the fixing material.
- the fixing material can be obtained from a compact, ie a fixing material precursor, which may be, for example, a glass powder or a glass ceramic powder or a ceramic powder
- a fixing material precursor which may be, for example, a glass powder or a glass ceramic powder or a ceramic powder
- the glass powder can consist of or comprise a partially crystallizable glass, so that during a temperature treatment the partially crystallizable glass is ceramized and a glass ceramic is obtained.
- the fixing material comprises or consists of a bismuth-based glass that includes Bi2O3 as a glass former, or a lead-based glass that includes PbO as a glass former.
- an aluminum borate glass with the main components AI2O3, B2O3, BaO and SiO2 is used as a glass or glass ceramic material.
- the expansion coefficient of such a glass material is preferably in the range 9.0 to 9.5 ppm/K or 9.0 to 9.5 10' 6 /K. If, for example, a bismuth glass is used, the expansion coefficient is approximately 10.5- 10 -6 /K.
- the electrical feedthrough can be designed in the form of a pressure glazing.
- a thermal expansion coefficient of the base body is selected to be greater than a thermal expansion coefficient of the fixing material, so that after a temperature treatment in which the fixing material is glazed in the through hole, the base body contracts more strongly than the fixing material. This permanently absorbs pressure forces through the base body. exerted on the fixing material. These pre-tension the fixing material and ensure a particularly durable seal.
- a thermal expansion coefficient of the base body is greater than a thermal expansion coefficient of the fixing material.
- the thermal expansion coefficient of the base body is particularly preferably selected to be at least 5%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 20% and most preferably at least 50% greater than the thermal expansion coefficient of the fixing material.
- the prestress for the pressure glazing is essentially determined by the difference in the expansion coefficients between the material of the base body and the fixing material.
- the expansion coefficient of the glass, ceramic or glass-ceramic material can be modified if necessary by mixing the glass, ceramic or glass-ceramic material with a filler. The thermal expansion coefficient can then be adjusted by selecting the type and amount of filler.
- the expansion coefficient of the connecting pin is in the range 6 10' 6 1/K to 11 ⁇ 10' 6 1/K. Accordingly, the expansion coefficient of the connecting pin or a core of the connecting pin is preferably adapted to the expansion coefficient of the fixing material when the implementation is carried out as a pressure glazing or is selected to be slightly smaller.
- pressure glazing for example, an austenitic steel with an expansion coefficient of approx. 16 -10' 6 1/ K can be combined with a bismuth-based glass with an expansion coefficient of approx. 10.5 -10' 6 1/ K and a core made of ferritic steel with an expansion coefficient of approx. 10 ' 6 1/ K.
- an adapted implementation is understood to mean that the expansion coefficients differ essentially by at most 1 * 10 ' 6 1/K, in particular are essentially the same.
- the expansion coefficient of the connection pin is preferably adapted in the same way to the expansion coefficient of the fixing material.
- connection pin has a core made of a first electrically conductive material and that at least on a first side of the electrical feedthrough a first end face of the core is covered with a covering material made of a second electrically conductive material, wherein advantageously the connection pin and the fixing material are designed and arranged in such a way that the first electrically conductive material of the core is inaccessible on the first side of the electrical feedthrough.
- the fixing material directly adjoins the covering material.
- the first side of the electrical feedthrough, on which the first electrically conductive material of the core is advantageously inaccessible is the side which faces inwards when a housing is formed.
- the first end face of the core with covering material thus faces inwards when a housing is formed.
- An alternative arrangement in which the first electrically conductive material of the core is inaccessible from the side which faces outwards when a housing is formed is of course also possible and also advantageous.
- the housing part has an asymmetrical connecting flange, it is advantageous if the electrical feedthrough is symmetrical in that both end faces of the core are covered with the covering material made of the second electrically conductive material.
- the proposed connection pin comprises at least two different materials, wherein the first electrically conductive material of the core is preferably selected according to the requirements of the metal fixing material implementation.
- the first electrically conductive material can be selected in particular with regard to the thermal expansion coefficient and the resistance to deformation.
- the second electrically conductive material is preferably selected according to the requirements of the electrical storage device.
- the second electrically conductive material can be selected with regard to chemical resistance to materials of the storage cell and electrochemical potentials.
- the connecting pin can, for example, have a circular cylindrical shape, with the lateral surfaces of the cylinder facing the fixing material and at least one the end faces of the core are covered with the covering material.
- a circular cylindrical shape In addition to the circular cylinder shape, general cylinder shapes with other end face shapes are also conceivable. For example, oval shapes or rectangles with rounded corners are conceivable.
- the covering material In addition to covering a first end face of the core with the covering material, it can also be provided to cover a second end face of the core opposite the first end face with a further covering material made of a third electrically conductive material.
- the third electrically conductive material can be selected to be identical or different to the second electrically conductive material. If different materials are selected, the second electrically conductive material in particular can be adapted to the requirements of the materials of a storage cell and the third electrically conductive material can be optimized, for example, for simple, secure connection to electrical connections. Welding properties or soldering properties can be used as a criterion for the material selection, for example.
- a lateral surface of the core facing the fixing material is at least partially not covered with covering material and is directly adjacent to the fixing material.
- the lateral surface of the core is completely free of the covering material.
- the surface of the core is completely covered with covering material, so that in particular the lateral surface is also completely covered with covering material.
- the melting point of the fixing material is selected to be lower than the melting point of all materials of the connecting pin. This ensures that the connecting pin is not damaged when the metal fixing material is manufactured using a temperature treatment step, for example for sintering or glazing the fixing material.
- the second electrically conductive material and/or the third electrically conductive material is applied to the end face of the core by means of plating, electroplating, coating, vapor deposition, welding or soldering. If only comparatively small thicknesses of the covering material are applied, electroplating, coating and vapor deposition are preferred. Conversely, plating, welding and soldering are preferred if comparatively high thicknesses of the covering material are applied.
- the starting materials such as the covering material and the core material
- the starting materials are usually provided in the form of plates or strips and placed on top of each other and joined together by rolling.
- the covering material in the form of a sheet or foil can be placed on the core material and welded or soldered to it.
- PVD physical vapor deposition
- CVD chemical vapor deposition
- PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
- the covering material is preferably arranged free of openings or defects so that the corresponding end face of the core is completely covered. In particular, this is intended to prevent the first conductive material from coming into contact with materials from the interior of an energy storage device.
- the covering material is preferably selected and arranged in such a way that it is suitable for soldering or welding electrical contacts such as contact lugs. Accordingly, the covering material Preferably designed in such a way that it is suitable for soldering or welding electrical contacts and no cracks or openings are created in the covering material.
- the metallic materials that can come into contact with an electrolyte and/or the fixing material are selected such that they are resistant to electrolytes, in particular aqueous and/or non-aqueous electrolytes.
- the materials of the feedthrough have a high chemical resistance to non-aqueous battery electrolytes, in particular to carbonates, preferably carbonate mixtures with a conductive salt, preferably comprising LiPFe.
- the first electrically conductive material of the core of the connection pin is preferably selected from steel, in particular ferritic, austenitic or duplex steel, stainless steel, stainless steel, iron-nickel alloys, iron-nickel-cobalt alloys, KOVAR, molybdenum, titanium, titanium alloy, aluminum or aluminum alloy.
- the second electrically conductive material and/or the third electrically conductive material of the connection pin is preferably selected from aluminum, an aluminum alloy, AlSiC, copper, a copper alloy, molybdenum, nickel or nickel alloys, palladium, silver or gold.
- a safety valve and/or a predetermined breaking point is provided on housings for an energy storage device as a safety element in order to reduce the pressure in a controlled manner in the event of excess pressure inside.
- the housing part preferably has such a safety element.
- Such an adjustment of the pressing force is known, for example, from DE 202020106 518 U1.
- the housing part can advantageously be used in an electrical device, in particular an electrical storage device, preferably a microbattery, or e.g. in a sensor housing.
- a housing part according to the invention with an electrical feedthrough is produced within the scope of the invention by providing a disk-shaped base body with a substantially uniform thickness and a through-opening, a fixing material precursor and a connection pin. At least the base body, preferably also the fixing material and the connection pin, are provided in a random orientation.
- the fixing material or a precursor material can be provided in the form of a molded body.
- the volume of the fixing material precursor is advantageously dimensioned such that in the housing part produced, the fixing material protrudes beyond a surface of the base body on at least one side.
- the molded body can, for example, have the shape of a hollow cylinder.
- the connection pin in the molded body of the fixing material is arranged in the through-opening of the base body.
- the base body, the fixing material molded body, which is preferably in the form of a hollow cylinder, and the connection pin are positioned according to the desired symmetry of the housing part using suitable melt molds.
- the base body, the fixing material molded body and the connecting pin are positioned symmetrically to a plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body, whereby it is irrelevant in which direction any asymmetrical connecting flange of the base body points.
- the melting molds are designed and arranged in such a way and the volume of the fixing material molded body is selected in such a way that in the area of the through opening in the finished component the height of the fixing material is greater than the thickness of the base body, and preferably the end faces of the fixing material run essentially parallel starting from the connection pin.
- the connection pin is then glazed into the opening by means of a temperature treatment (heating), the fixing material forming an intimate bond with the material of the connection pin and the material of the base body.
- the surface of the fixing material is advantageously formed in contact with the melt molds. This is therefore a shaped surface with a typical roughness that was described above in connection with the housing part.
- the surface of the fixing material can form freely and - in an advantageous variant - even extend over the edge of the through-opening. To avoid repetition, reference is made to the above explanations.
- a further aspect of the invention is the provision of an electrical storage device.
- the proposed electrical storage device is designed in particular as a battery or as a capacitor, including a supercapacitor, and comprises a housing with a housing part described herein with at least one electrical feedthrough.
- the electrical storage device preferably comprises at least one storage cell, in particular a battery cell or a capacitor cell, which is arranged, for example, in a cup-shaped housing element.
- the storage device according to the invention is designed to be compact, so that as much active volume as possible is made available inside the housing, whereby the battery and/or the capacitor can have the highest possible capacity.
- the base body of the electrical feedthrough is part of a housing part, which is designed in particular as a cover or which is part of a cover, which is preferably hermetically sealed with other housing parts is connected so that a hermetically sealed housing is formed for the electrical storage device.
- a cover with the electrical feedthrough is connected to a cup-shaped housing element by welding.
- Hermetically sealed is understood here to mean that the housing has a He leakage rate of less than 10' 8 mbar l/sec at a pressure difference of 1 bar.
- the material thickness or thickness of the base body is in the range 0.1 mm to 1 mm, preferably 0.15 mm to 0.8 mm, in particular 0.15 mm to 0.6 mm.
- the electrical storage device has a total construction height of at most 40 mm, preferably at most 30 mm or at most 20 mm or at most 10 mm and/or the total construction height is advantageously in the range 1 mm to 40 mm.
- the diameter especially of a micro battery, can be 3 mm to 30 mm or 4 mm to 20 mm or 6 mm to 16 mm.
- the electrical storage device is a microbattery.
- microbatteries e.g. pin-shaped microbatteries, in which a small diameter of a few mm is compensated by a relatively large overall height (up to approx. 40 mm), and button-shaped microbatteries, which have a relatively large diameter but a small overall height.
- the overall height can be in the range of 1 to 5 mm.
- the height is advantageously at most 5 mm, advantageously at most 4 mm, preferably at most 3 mm.
- Fig. 1 a known housing part with an asymmetrical electrical feedthrough with reinforced base body in the area of the through opening,
- Fig. 2 another known housing part with an asymmetrical electrical feedthrough with a base body with a flexible flange
- Fig. 3 a housing part with electrical feedthrough (comparative example),
- Fig. 4 a first embodiment of the invention with a symmetrical implementation
- Fig. 5 a second embodiment of the invention with a symmetrical bushing and an asymmetrical connecting flange
- Fig. 6 a third embodiment of the invention with a symmetrical bushing and an asymmetrical connecting flange
- Fig. 7 a fourth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange and asymmetrical bushing
- Fig. 8 a fifth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange and asymmetrical bushing
- Fig. 9 a sixth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange and a symmetrical bushing
- Fig. 10 a seventh embodiment of the invention with a symmetrical feedthrough and completely coated core of the connection pin
- Fig. 11 an eighth embodiment of the invention with a symmetrical feedthrough and double-sided covering of a core of the connection pin,
- Fig. 12 a ninth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange, an asymmetrical feedthrough and one-sided covering of the core of the connection pin,
- Fig. 13 a tenth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange, a symmetrical leadthrough and double-sided covering of the core of the connecting pin with flush design and
- Fig. 14 a section of a schematic detailed representation.
- FIG. 1 shows a housing part 10 known in the prior art with an electrical feedthrough.
- the housing part 10 comprises a base body 12 with a through-opening 14 into which a connection pin 20 is inserted.
- the connection pin 20 is held in the through-opening 14 in an electrically insulating manner by means of a fixing material 16.
- the base body 12 has a reinforcement area with a width W which borders on the through-opening 14 and within which the base body 12 has an increased thickness d2. Outside the reinforcement area, the base body 12 has the smaller thickness di.
- the connecting flange is designed here as an example as a one-sided step, i.e. there is an asymmetrical connecting flange 18a.
- Figure 2 shows another housing part 10 known from the prior art with an electrical feedthrough, which, as described above, has a base body 12 with a through-opening 14 in which a connection pin 20 is held in an insulating manner via a fixing material 16.
- the base body 12 additionally comprises a flexible flange 30, which is obtained, for example, by forming the base body 12 and has a transition region with a width W, within which a flat section of the base body 12 transitions into a glazing section with a thickness d2 which is greater than the thickness di of the flat section of the base body 12.
- the base body 12 is flexible and yielding in the transition region, so that the area with the through-opening 14 is mechanically decoupled by the flexible flange 30. Accordingly, mechanical stresses from other parts of the housing are not transferred to the fixing material 16. Furthermore, the thickness d2 within the glazing section can be freely selected within a wide range, so that a glazing length can be set independently of other dimensions of the base body 12 or a housing with the base body. Even in the case of a housing part 10 with a flexible flange 30, an asymmetrical connecting flange 18a can be provided on the outer edge 17 of the base body 12 for connecting to another housing component.
- top of the housing part 10 differs from the geometric design of the bottom of the housing part 10 due to areas of the base body 12 protruding from a housing part plane - such as reinforcement with thickness d2 and/or a flexible flange 30.
- a housing part plane - such as reinforcement with thickness d2 and/or a flexible flange 30.
- the terms top, ie the side of the housing part pointing upwards in the figure, and bottom, ie the side of the housing part pointing downwards in the figure are used solely to illustrate the description of the figures without reference to the - whether the corresponding side is later arranged in an electrical device facing the interior of the housing or faces outwards.
- Figures 1 and 2 also show the disadvantage of such known housing parts 10, namely that the protruding areas form space requirements that must be structurally accommodated inside the housing or outside the electrical device.
- FIG 4 shows a first embodiment of a thin, compact housing part 10 according to the invention with a symmetrical electrical feedthrough.
- the housing part 10 comprises a base body 12 with a through-opening 14 into which a connection pin 20 is inserted.
- the connection pin 20 which here has two end faces 21 and a lateral surface, is held in the through-opening 14 in an electrically insulating manner by means of a fixing material 16.
- the fixing material 16 seals both against an inner wall of the through-opening 14 and against the connection pin 20, so that the through-opening 14 is tightly closed by the fixing material 16 and a metal fixing material feedthrough is formed.
- the housing part 10 shown is particularly suitable for use in connection with electrical storage devices such as batteries, in particular micro batteries, and capacitors. Accordingly, the housing part 10 can be a component of a housing for such an electrical storage device, for example a battery cover or a component of a battery cover.
- the connection pin 20 forms then, for example, a connection terminal of the electrical storage device.
- the housing part 10 with electrical feedthrough is joined to other housing components. If the housing part 10 is designed as a cover part, a housing for an electrical storage device can be formed by joining the cover part to a cup-shaped housing element. Alternatively, the housing part can be inserted into an opening provided in a cover element and thus be part of a cover.
- a cover constructed in this way comprises at least one further housing component in addition to the housing part 10 according to the invention in the form of the cover element with opening.
- At least one storage cell such as a battery cell or a capacitor cell, is arranged inside such a storage device.
- one connection of such a storage cell can be electrically connected to the connection pin 20 and another connection to another housing part. It is of course also possible to form several through-openings 14 in a housing part 10 or base body 12 and to arrange several connection pins 20 so that a multi-pole feedthrough is provided.
- a disk-shaped base body 12 with a substantially uniform thickness D is used within the scope of the invention.
- Substantially uniform thickness means that the base body 12 has the same thickness outside the area of the through-opening 14 as in an area adjacent to the through-opening 14.
- the base body 12 is thus flat and has no reinforcing means produced by forming processes, such as reinforcement, collar, flexible flange or the like. With such a housing part 10, thin, compact housings with a lot of volume inside the housing can be provided.
- the base body 12 has a symmetrical feedthrough.
- the fixing material 16 and the connecting pin 20 are arranged symmetrically to a plane of symmetry S located centrally in the plane of the base body, so that the housing part 10 is symmetrical with respect to the feedthrough. In terms of geometry, there are therefore no differences between the top and bottom of the housing part 10. This means that the front side 21 or surface of the connecting pin 20 is just as far away from the plane of symmetry S on the bottom of the housing part 10 as the front side 21 is on the top of the housing part 10. The same applies to the fixing material 16.
- a housing part 10 that is symmetrical in this way can be manufactured with less production effort, since measures for determining the orientation of the individual parts before placing them in melting molds can be omitted.
- the height H of the fixing material is greater than the thickness D of the base body in the area of the through opening 14.
- the difference between height H and thickness D is divided symmetrically between the sides of the housing part 10.
- the end faces of the fixing material 16 are thus each arranged to protrude beyond a surface of the disk-shaped base body 12.
- the opposite end faces of the fixing material 16 starting from the connection pin 20 are arranged essentially parallel to one another - except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16.
- the fixing material 16 starting from the connection pin 20 - except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16 - has an essentially uniform height.
- both end faces of the fixing material 16 converge towards the base body 12.
- the height of the fixing material 16 increases starting from the base body 12.
- the contact area between the fixing material and the base body coincides here with the wall of the through-opening 14, ie it lies in the area of the wall of the through-opening.
- Such dimensioning of the fixing material also offers manufacturing advantages, as it ensures that there is sufficient fixing material 16 for secure fixing, in particular glazing, of the connecting pin 20 and that no undesirable menisci or even holes occur in the contact between fixing material 16 and connecting pin 20 and/or holes between fixing material 16 and base body 12.
- the height H of the fixing material 16 improves the insulation between the connecting pin 20 and base body 12, so that a short circuit with the base body 10 can be avoided when contacting the connecting pin 20.
- both end faces 21 of the connection pin 20 are flush with the corresponding surfaces or end faces of the fixing material 14.
- the connecting pin 20 can comprise ferritic steel, for example.
- the base body 12 preferably consists of a steel with a higher coefficient of expansion than the material of the connecting pin 20; in particular, austenitic steel can be selected as the material for the base body 12.
- austenitic steel can be selected as the material for the base body 12.
- a low-melting fixing material 16 for example bismuth-based glass
- a hermetically sealed pressure glazing can be provided in combination with a base body 12 made of austenitic stainless steel.
- This choice of material can also be advantageous for other embodiments. Of course, other material combinations are possible and are also covered by the invention.
- FIG. 5 shows a second embodiment of the invention with a symmetrical feedthrough, which is designed in accordance with the first embodiment.
- the electrical feedthrough has a flat, disk-shaped base body 12 with a substantially uniform thickness D and with a through-opening 14 in which a connection pin 20 is held in an insulating manner via a fixing material 16.
- the base body 12 has a circumferential, asymmetrical connecting flange 18a on its outer edge 17, which is designed here in the form of a one-sided step.
- a connecting flange serves to align and center the housing part 10 when assembling a housing or a cover. It can be advantageous if the other housing component has a mating flange that matches the connecting flange.
- both end faces 21 of the connection pin 20 are also flush with the corresponding surfaces of the fixing material 14.
- Figure 6 shows a third embodiment of the invention with a symmetrical feedthrough, which is designed similarly to the first and second embodiments, so that reference is made to the above explanations to avoid repetition.
- the connection pin 20 is arranged in the symmetrical feedthrough in such a way that both end faces 21 of the connection pin 20 protrude the same distance beyond the corresponding surfaces of the fixing material 14. This makes it possible, for example, to easily make contact with arresters, contact lugs, etc.
- an asymmetrical connection flange 18a is provided on the outer edge 17 of the base body 12, but here it is implemented as a one-sided bevel, chamfer, etc.
- the base body 12 of the comparative example from Figure 3 corresponds to the disk-shaped base body 12 shown in Figure 5 and here also has an asymmetrical connecting flange 18a.
- the fixing material 16 and the connecting pin 20 are not arranged symmetrically to the plane of symmetry S located centrally in the base body plane.
- the base body 12 In order to ensure that the connecting pin 20 protrudes over the base body 12 on the desired side in the finished housing part 10 when manufacturing a housing part 10 with such an asymmetrical feedthrough and asymmetrical connecting flange 18a, the base body 12 must be oriented in advance during the housing part production so that it is inserted into the melting mold with the correct alignment of the asymmetrical connecting flange 18a. This is complex and errors can occur, especially when a very thin base body 12 is involved (for example for a micro battery) in which the one-sided step or one-sided bevel on the connecting flange is very small.
- Figures 7 and 8 show embodiments of the second embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange 18b.
- the housing part 10 also comprises a base body 12 with a through-opening 14 into which a connection pin 20 is inserted.
- the connection pin 20 which here has two end faces 21 and a lateral surface, is held in the through-opening 14 in an electrically insulating manner by means of a fixing material 16.
- the fixing material 16 seals both against an inner wall of the through-opening 14 and against the connection pin 20, so that the through-opening 14 is tightly closed by the fixing material 16 and a metal fixing material feedthrough is formed.
- a disk-shaped base body 12 with a substantially uniform thickness D is also used here.
- a substantially uniform thickness means that the base body 12 has the same thickness outside the area of the through-opening 14 as in an area adjacent to the through-opening 14.
- the base body 12 is therefore flat and has no reinforcing means produced by forming processes, such as reinforcement, collar, flexible flange or the like. With such a housing part 10, thin, compact housings with a lot of volume inside the housing can be provided.
- the flat base body 12 On its outer edge 17, the flat base body 12 has a symmetrical connecting flange 18b which is arranged symmetrically to a symmetry plane S lying centrally in the base body plane, in that matching bevels or slopes (see Figure 7) or matching steps (see Figure 8) are formed on the edge 17 of the base body 12 on both its upper side and its lower side, ie there is a bevel and/or gradation on both sides. Combinations of bevels and gradations are also possible, as long as the symmetry of the connecting flange 18b is maintained.
- a base body with a symmetrical connecting flange The flange can also have neither steps nor bevels on the edge 17 (see the base body of Figure 4).
- a symmetrical connecting flange 18b can also be used for centering, alignment and/or for connecting to another housing component. It can be advantageous if the other housing component has a counter flange that fits the connecting flange.
- the fixing material 16 and the connection pin 20 are not arranged symmetrically to a plane of symmetry S lying centrally in the base body plane, in contrast to the embodiments described so far, so that the housing part is asymmetrical with respect to the feedthrough, i.e. there is an asymmetrical feedthrough.
- the front side 21 of the connection pin 20 located on the top side of the housing part 10 is at a greater distance from the plane of symmetry S than the front side 21 located on the bottom side.
- the fixing material 16 is also arranged asymmetrically with respect to the plane of symmetry S. The difference between height H and thickness D is thus distributed asymmetrically between the sides of the housing part 10.
- the opposite front sides of the fixing material 16 are also arranged essentially parallel to one another starting from the connection pin 20 - except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16.
- the fixing material 16 has an essentially uniform height starting from the connection pin 20 - except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16.
- one front side of the fixing material 16 converges towards the base body 12 (here on the top side).
- the height of the fixing material 16 increases on one side starting from the base body 12.
- the contact area coincides with the wall of the through-opening 14, ie it lies in the area of the wall of the through-opening.
- the lower end face of the fixing material 16 is flush with the underside of the base body 12.
- both end faces 21 of the connection pin 20 are arranged flush with a surface or end face of the fixing material 16.
- connection pin 20 protrude beyond the fixing material on one side or on both sides (see also Figure 8). It can also be seen that in the case of an asymmetrical implementation, one end face 21 of the connection pin 20 can advantageously be arranged flush with one side (here the underside) of the base body 12.
- the front side 21 of the connection pin 20 located on the underside of the housing part 10 has a greater distance from the plane of symmetry S than the front side 21 located on the top, while the fixing material 16 is arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry S.
- the difference between height H and thickness D is distributed symmetrically between the sides of the housing part 10.
- this embodiment shows by way of example that in a housing part 10 with a symmetrical connecting flange 18b, at least one front side 21 of the connection pin 20 can be arranged to protrude beyond a surface or front side of the fixing material 16.
- the manufacturing effort for a housing part 10 is reduced, since the orientation of the base body 12, related on the later top or bottom, during the production of the housing part 10 plays no role.
- the sides of the housing part 10 only have to be identified during further processing, for example when connecting to other housing parts, arresters, etc.
- Figure 9 shows a sixth embodiment of the invention, in which the housing part 10 has both a symmetrical connecting flange 18b, here exemplarily shaped as a step on both sides, and a symmetrical electrical feedthrough, which is designed in accordance with the first embodiment.
- the symmetrical feedthrough can also be implemented differently, e.g. as in the third embodiment, and that the symmetrical connecting flange 18b can alternatively or additionally comprise, for example, a bevel on both sides.
- Such a symmetrical housing part 10 offers advantages not only in its production, but also in its further processing, since complex measures for determining the orientation of the housing part 10 can be omitted or reduced and the risk of orientation errors is reduced.
- Figures 10 to 13 show further embodiments of the invention with symmetrical electrical feedthrough and/or symmetrical connecting flange. Since in the following figures the same components as in Figures 1 to 9 are given the same reference numerals, reference is made to the above statements to avoid repetition and the advantageous further developments are described in more detail below.
- connection pin 20 has a core 22 made of a first electrically conductive material and that at least on a first side of the electrical feedthrough a first end face of the core 22 is covered with a covering material 24 made of a second electrically conductive material, wherein advantageously the covering material 24 and the fixing material 16 are designed and arranged such that the first electrically conductive material of the core 22 is inaccessible at least on the first side of the electrical feedthrough.
- connection pin 20 must be adapted in its material properties, in particular with regard to its thermal expansion coefficient, to the requirements of the metal fixing material feedthrough formed.
- the material of the connection pin 20 should also advantageously be adapted to the materials used in the storage cell, such as the materials of the current conductors, electrode materials and electrolytes.
- the connection pin 20 has a core 22 made of a first electrically conductive material, which is adapted to the requirements of the metal fixing material feedthrough, and has a cover material 24 made of a second electrically conductive material on one end face, which is adapted to the requirements of the storage cell, for example to prevent or at least reduce corrosion.
- the covering material 24 can be located on the side of the electrical feedthrough which faces inwards when a housing is formed.
- the second electrically conductive material can be applied to the end face of the core 22 of the connection pin 20, for example by means of plating.
- other variants are also conceivable for applying the second electrically conductive material.
- thin sheets or foils made of the second electrically conductive material can be welded or soldered to the core. 22 or the second electrical material can be applied by electroplating or a vapor deposition process.
- connection pin 20 with core 22 and covering material 24 is constructed symmetrically:
- the core 22 of the connection pin 20 is completely coated so that all surfaces of the core 22 are covered by the covering material 24. Accordingly, in particular both end faces and a lateral surface of the core 22 are covered by the covering material 24. Both end faces 21 of the connection pin 20 are here, for example, flush with the corresponding surfaces of the fixing material 14. Alternatively, however, these could also protrude above the fixing material 14.
- a second end face of the core 22 opposite the first end face is covered with a further covering material 25 made of a third electrically conductive material, which is selected to be identical to the second electrically conductive material.
- a lateral surface of the core 22 of the connection pin 20 remains free of the covering material 24.
- the two materials can thus be selected completely independently of one another in order to achieve optimal adaptation to the requirements of the storage cells inside the housing and on the outside of the housing as well as to the formation of the metal fixing material feedthrough.
- Both end faces 21 of the connection pin 20 protrude here, for example, over the corresponding surfaces or end faces of the fixing material 14. Because the covering material 24 and the fixing material 16 are designed and arranged such that the first electrically conductive material of the core 22 is inaccessible on both sides of the electrical feedthrough, the core is protected against corrosion and can also be better contacted.
- the connecting pin 20 with core 22 and covering material 24 can also be constructed asymmetrically:
- the end faces 21 of the connecting pin 10 have different distances from the plane of symmetry S and one end face 21 of the connecting pin 20 protrudes above the fixing material 16, while the other end face 21 can be flush.
- a covering material 24 is also only provided on one side of the core 22, whereby in this embodiment the core 24 is accessible from the side, which can be possible if, for example, the material of the core 24 is not at risk of corrosion or the corrosion is prevented by other measures.
- the covering material 24 can in this case, for example, be used for serve to improve electrical contact.
- the arrangement of the covering material 24 could be selected such that, in conjunction with the fixing material 16, the first electrically conductive material of the core 22 is not accessible, in that the fixing material 16 directly adjoins the covering material 24.
- the connecting flange and the feedthrough are symmetrical, while the connection pin is asymmetrical.
- a second end face of the core 22 opposite the first end face is covered with a further covering material 25 made of a third electrically conductive material, which is selected to be different from the second electrically conductive material. If different materials are selected, the second electrically conductive material in particular can be adapted to the requirements of the materials of a storage cell and the third electrically conductive material can be optimized, for example, for simple and secure connection to electrical connections. Welding properties or soldering properties can be used as a criterion for the material selection, for example. - If the covering materials had alternatively been selected to be the same in the embodiment shown, a housing part 10 would have been realized with a symmetrical feedthrough, symmetrical connection pin and symmetrical connecting flange.
- Figure 14 shows a section of a schematic detailed drawing, the features and advantageous variants of which - if necessary with appropriate adaptation - can be combined with any embodiment, in particular the embodiments described above.
- a symmetrical implementation is shown purely as an example. Of course, advantageous asymmetrical implementations can also be implemented.
- the base body 12 has a distance A from the connection pin 20 arranged in its through-opening 14, which is filled with fixing material 16. The distance A is thus the distance between the wall of the through-opening 14 and the wall of the connection pin 20.
- the connection pin 20 has a thickness I.
- both end faces of the fixing material 16 converge towards the base body 12.
- the height of the fixing material 16 increases from the base body 12 towards the connection pin 20.
- the contact area between the surface of the fixing material 16 and the base body 12 coincides with the wall of the through-opening 14, but this does not have to be the case, see the dashed extension of the fixing material, which illustrates a fixing material overflow 28, which is described further below.
- the slope or curvature 26 of the fixing material contour can be freely adjusted in the area in which the surface of the fixing material 16 comes into contact with the base body 12, volume fluctuations in the fixing material material and variations in the dimensions of the components. Depending on the volume of the fixing material and the structural conditions, the slope or curvature 26 can be steeper or flatter, and the fixing material can even cover the edge of the through-opening and form a fixing material overflow (see below).
- the desired essentially uniform height H of the fixing material is reached in the example shown at the latest after approximately 15% of the distance A between the base body 12 and the connecting pin 20, whereby the reference point, i.e. the starting point for the observation, is the base body.
- a plateau P is thus quickly formed in which the fixing material 16 has an essentially constant height and the end faces of the fixing material run essentially parallel to one another.
- a plateau P with a constant height of the fixing material advantageously extends over at least 85% of the distance between the base body and the connecting pin.
- a plateau with an essentially constant height of the fixing material extends here over more than 100% of the distance A between the base body 12 and the connection pin 20.
- an imaginary tangent applied to the surface of the fixing material 16 at the contact point with the connecting pin forms a contact angle a with the connecting pin 20 of approximately 90°.
- there is a right angle naturally within the limits of the usual manufacturing tolerances, here preferably 90° with a deviation of +/- 2°. This provides a hermetic connection and at the same time a compact feedthrough.
- an obtuse angle between the tangent and the connecting pin leads to a trench in the contact area between the fixing material 16 and the connecting pin 20, which makes it more difficult to produce a hermetically sealed feedthrough.
- a smaller contact angle outside the mentioned deviation i.e. an acute angle between the tangent and the connecting pin, exists when there is a pull of the fixing material 16 on the circumference of the connecting pin 20, also called the meniscus. This is disadvantageous because there is a risk that fixing material will get onto the front side 21 of the connection pin 20.
- Figure 14 shows schematically the ideal case of a symmetrical feedthrough in which the plane of symmetry S located centrally in the base body plane and a connection pin plane of symmetry S' located centrally in the connection pin plane lie one above the other, i.e. they have no distance from each other. Due to manufacturing tolerances in the individual components of the housing part and the shapes required for production, however, there may be a deviation between the planes of symmetry, which is preferably less than 4% of the thickness I of the connection pin 20.
- the invention provides flat, compact housing parts 10 with improved symmetry and lower manufacturing costs, which are particularly suitable for an electrical device, in particular for an electrical energy storage device.
- the housing parts can be used to provide storage devices that are themselves so compact that as much volume as possible is made available inside the housing, whereby the storage device, e.g. battery and/or capacitor, can have as high a capacity as possible.
- the housing parts according to the invention are particularly advantageous for micro batteries.
- the invention can also be used for larger storage devices and other electrical devices, for example sensor housings.
- the invention can be used for electrical feedthroughs of all types, for example also for housings for electronic components.
- the invention provides a universally usable standard feedthrough that is independent of the dimensions of other housing components and/or the housing.
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Abstract
Description
Gehäuseteil mit elektrischer Durchführung für eine elektrische Einrichtung und Energiespeicher mit einem solchen Gehäuseteil Housing part with electrical feedthrough for an electrical device and energy storage device with such a housing part
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. The invention relates to a housing part for an electrical device, in particular for an electrical energy storage device, in particular a battery, preferably a microbattery, a capacitor, with an electrical feedthrough, comprising a base body with a through-opening and a connection pin arranged in the through-opening, which is held in the through-opening in an electrically insulating manner by means of a fixing material. A further aspect of the invention relates to an electrical energy storage device which comprises such a housing part with at least one feedthrough.
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. Electrical energy storage devices - also called electrical storage devices - such as batteries or capacitors, the latter including supercapacitors, are used in a variety of applications for storing and providing electrical energy. The electrical energy storage devices usually comprise a housing and at least one storage cell accommodated in the housing. For this purpose, the housing often comprises a cup-shaped housing element. Another component of the housing is a housing part with at least one electrical feedthrough, via which the storage cell can be electrically contacted from the outside. The housing part can form the cover or cover part of an electrical storage device or be part of a cover or cover part.
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. Batteries in the sense of the invention are understood to be both a disposable battery that can be disposed of and/or recycled after it has been discharged and also accumulators. Accumulators, preferably lithium-ion batteries, are intended for various applications such as portable electronic devices, mobile phones, power tools and in particular electric vehicles. The batteries can replace traditional energy sources such as lead Replace acid batteries, nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries. The battery can also be used in sensors or in the Internet of Things.
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. Supercapacitors, also called supercaps, are, as is well known, electrochemical energy storage devices with a particularly high power density. Unlike ceramic, film and electrolytic capacitors, supercapacitors do not have a dielectric in the traditional sense. In particular, they implement the storage principles of static storage of electrical energy through charge separation in a double-layer capacitance and the electrochemical storage of electrical energy through charge exchange with the help of redox reactions in a pseudocapacitance.
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. Supercapacitors include in particular hybrid capacitors, in particular lithium-ion capacitors. Their electrolyte usually comprises a solvent in which conductive salts are dissolved, usually lithium salts. Supercapacitors are preferably used in applications in which a high number of charge/discharge cycles are required. Supercapacitors are particularly advantageous in the automotive sector, in particular in the field of recuperation of braking energy. Other applications are of course also possible and covered by the invention.
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. The basic principle of an electrical feedthrough in an electrical device is that a connection pin is held in an electrically insulating manner by a fixing material in a through hole formed in a base body. The term connection pin is generally used here for a functional element, which can be an electrical conductor, for example.
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. In the case of an electrical storage device, a stable, tight leadthrough of the connection pin over a long period of time and, for example, in the event of an accident is particularly necessary in order to prevent the leakage of, for example, battery electrolytes from the interior of the electrical storage device. Therefore, the Base bodies with a through-hole have a large material thickness in order to achieve tightness and stability over a large contact length between the wall of the through-hole of the base body and the fixing material, which results in large, relatively heavy storage devices with large dimensions, for example heights. Housing parts with a large material thickness, however, lead to a small volume inside the housing, for example of a storage device.
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. DE 10 2014 016 601 A1 shows a housing component, in particular a battery housing or capacitor housing with a feedthrough, wherein a pin-shaped conductor in a glass or glass ceramic material is passed through a through-opening, wherein the housing component has a reinforcement in the area of the through-opening, while the rest of the housing component is made thinner. In this way, weight can be saved and a stable, tight feedthrough can still be provided.
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. When it comes to electrical devices, especially electrical storage devices, the trend is towards smaller and more compact versions with low housing material thicknesses, whereby small, compact electrical storage devices are also called micro batteries. However, the problem with low housing material thickness is ensuring a tight, stable passage for the connection pin.
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. W02020/104571 A1 shows an electrical storage device as a micro battery with a feedthrough, wherein the feedthrough is embedded in a battery cover part with a formed collar. A flexible flange is also disclosed in the area of the feedthrough. Formed collar and flexible flange represent two possibilities for providing a greater contact length for the fixing material in a thin housing part or base body despite the low material thickness in the area of the through-opening. A microbattery is known from WO2021/185648 A1, which is characterized by a particularly compact design. The metal fixing material feedthrough provided in the base body for an electrical connection of the microbattery can be designed as a pressure glazing, so that a particularly reliable sealing of the feedthrough is achieved. In the microbattery shown in WO2021/185648 A1, a reinforcement, a formed collar or a formed base body with a flexible flange are also used in the area of the feedthrough in order to stabilize the housing part and to provide reliable electrical insulation of the connection pin introduced into the through-opening by forming a longer contact length for the fixing material in the through-opening of the base body.
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. Due to areas of the base body protruding from a housing part plane - such as reinforcement, collar or flexible flange - the geometric design of the top of the housing part differs from the geometric design of the bottom of the housing part, i.e. the housing part is asymmetrical with regard to the feedthrough - comprising the through hole in the base body, the fixing material, the connection pin - in relation to a plane of symmetry lying in the housing part plane. With the help of areas protruding from the housing part plane, in particular parts of the base body, it is possible to distinguish between the top and bottom of the base body or housing part. This enables the individual parts of the housing part to be securely aligned for the production of the electrical feedthrough and/or for the production of a cover or housing. However, due to the protruding areas, such housing parts require space that must be structurally accommodated inside the housing or outside the electrical device.
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. In order to gain installation space inside the housing or to reduce the height of electrical equipment, housing parts are increasingly being sought that provide a tight feedthrough of a connection pin even without reinforcing elements such as reinforcement, collar or flexible flange. For example, WO 2021/185649 A1 teaches how to glaze a conductor over a glass or glass ceramic material in the through hole of a thicker base body in order to create a tight connection between the connection pin, fixing material and base body. The entire feedthrough created is then reduced in thickness by machining on one or both sides.
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. The disadvantage of the known housing parts with metal fixing material feedthroughs with pressure glazing or adapted feedthroughs is their high manufacturing effort and the risk of errors in the orientation of the components, especially with very small or thin housing parts.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein eine elektrische Durchführung aufweisendes verbessertes Gehäuseteil bereitzustellen, das diese Nachteile überwindet. It is therefore an object of the invention to provide an improved housing part having an electrical feedthrough which overcomes these disadvantages.
Offenbarung der Erfindung disclosure of the invention
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. The object is achieved by a housing part with the features of claim 1. Within the scope of the invention, a housing part with better symmetry is provided, which reduces the manufacturing effort for the housing part because less effort has to be invested in the correct alignment of the components. In addition, the risk of components being incorrectly arranged in the finished housing part is reduced.
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. According to a first embodiment of the invention, the improved symmetry of the housing part is due to a symmetrical implementation. In a second embodiment of the invention, the improved symmetry of the housing part is achieved by a symmetrical connecting flange on the outer edge of the base body. It is particularly advantageous in one embodiment if the housing part combines both variants, i.e. it has both a symmetrical feedthrough and a symmetrical connecting flange.
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. Overall, a housing part is proposed, in particular for an electrical storage device, with an electrical feedthrough. The housing part comprises a base body with a through-opening and a connection pin arranged in the through-opening, which is held in the through-opening in an electrically insulating manner via a fixing material, so that an electrical feedthrough is formed.
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. According to the invention, a disk-shaped base body with a substantially uniform thickness is used as the base body. Substantially uniform thickness means that the base body has the same thickness outside the area of the through-opening as in an area adjacent to the through-opening. The base body is therefore flat and has no reinforcement, collar, flexible flange or similar reinforcing means. When considering the thickness, the edge on the outer circumference of the base body is not taken into account. With such a housing part, thin, compact housings with a lot of volume inside the housing can be provided. In addition, complex forming work on the base body is eliminated.
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.In the first embodiment according to the invention, the base body has a symmetrical feedthrough. The fixing material and the connection pin are arranged symmetrically to a plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body, so that the housing part is symmetrical with respect to the feedthrough. In terms of geometry, there are therefore no differences between the top and bottom of the housing part. This means that one end face or surface of the connection pin is just as far away from the plane of symmetry on the bottom of the housing part as the other end face or surface of the connection pin on the top of the housing part.
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. The same applies to the fixing material. Such a symmetrical housing part can be manufactured with less manufacturing effort, since measures for determining the orientation of the individual parts can be omitted. The distance between the end faces of the connecting pin is the thickness of the connecting pin.
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. It is also provided that the height of the fixing material is greater than the thickness of the base body in the area of the through opening. The end faces of the fixing material are thus each arranged to protrude beyond a surface of the base body. The fixing material advantageously has a substantially uniform height starting from the connection pin, i.e. a substantially constant height. In other words, the opposite end faces of the fixing material - starting from the connection pin - are advantageously arranged substantially parallel to one another. An exception to this can be a contact area between the base body and the fixing material (see below). This design and arrangement of the fixing material provides a particularly compact, space-saving feedthrough, in contrast to a feedthrough with an arcuately curved course of the fixing material surface as the height of the fixing material increases towards the connection pin. Such dimensioning of the fixing material also offers manufacturing advantages, as it is ensured that there is enough fixing material for a secure and tight fixation, in particular glazing, of the connection pin. In other words, the fact that the front sides of the fixing material are each arranged to protrude beyond a surface of the base body creates a reservoir for the fixing material, which can be used to compensate for volume fluctuations in the fixing material and fluctuations in the dimensions of the components, for example. This also improves the insulation between the connection pin and the base body, so that a short circuit with the base body can be avoided when the connection pin is contacted.
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). Towards the contact area between the fixing material and the base body, both end faces of the fixing material converge towards the base body. In other words the height of the fixing material increases from the base body towards the connection pin until the essentially uniform height is reached or the front sides of the fixing material run parallel to each other. The contact area can coincide with the wall of the through hole, but it does not have to (see description below for "fixing material overflow 1 ").
Im Rahmen der Offenbarung sind Begriffe wie „einheitliche Dicke“, „einheitliche Höhe“, „konstante Höhe“, „parallele Stirnseiten“ etc. natürlich im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen zu verstehen. In the context of the disclosure, terms such as “uniform thickness”, “uniform height”, “constant height”, “parallel end faces” etc. are of course to be understood within the scope of the usual manufacturing tolerances.
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. It can be advantageous if the difference, i.e. the difference, between the height of the fixing material and the thickness of the base body is a maximum of 30%, preferably a maximum of 28%. An advantageous lower limit for the difference can be 6% or 8%, i.e. the height of the fixing material is 6 to 30% greater than the thickness of the base body. In a symmetrical implementation, the difference is distributed symmetrically on both sides of the housing part, so that it is a maximum of 15% or a maximum of 14% and/or at least 3% or 4% per side.
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%. The term "symmetrical feedthrough" is of course to be understood within the limits of the usual manufacturing tolerances. In the context of the disclosure, it is considered to be symmetrical in particular if a plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body deviates preferably by less than 4% of the thickness of the connecting pin from a connecting pin plane of symmetry lying centrally in the plane of the connecting pin. In particular, the distance between the planes of symmetry is less than 4% of the thickness of the connecting pin. Advantageously, the deviation can be even smaller, in particular less than 3%, preferably less than 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. In the second embodiment according to the invention, the housing part comprises a symmetrical base body. For this purpose, the disc-shaped base body with a substantially uniform thickness on its outer edge, has a symmetrical connecting flange. The symmetrical connecting flange is arranged symmetrically to a plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body. The term "symmetrical connecting flange" is of course to be understood within the limits of the usual manufacturing tolerances. A symmetrical connecting flange is preferably designed in that the base body has a matching step and/or bevel or chamfer on the edge on both its top and bottom sides, ie there is a step and/or chamfer on both sides. Because the base body has a symmetrical connecting flange, which can also be designed without steps and without bevels, no distinction has to be made between the top and bottom of the base body during manufacture of the housing part. Even if the finished housing part is later to have an asymmetrical leadthrough, in which the front side of the connection pin and/or the fixing material on the underside of the housing part is at a different distance from the plane of symmetry of the base body than that on the top of the housing part, the correct orientation of the base body in relation to the later top or bottom side is not important during the manufacture of the housing part. This reduces the manufacturing effort. The connection to another housing component - for example a cup-shaped housing element or another cover element of the cover - can be made at the symmetrical connecting flange, for example using a welded or soldered connection. The connection is preferably designed in such a way that it is largely gas-tight and preferably provides a He leak rate of less than 10' 8 mbar l/sec at a pressure difference of 1 bar. In addition, the symmetrical connecting flange can have a centner function.
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. In order to improve the insulation between the connection pin and the base body and to provide sufficient fixing material, it can also be advantageous for a base body with a symmetrical connecting flange if the height of the fixing material is greater than the thickness of the base body in the area of the Through opening. At least one plane or end face of the fixing material can be arranged to protrude beyond a surface of the base body. The fixing material advantageously has a substantially uniform height starting from the connecting pin, i.e. a substantially constant height. In other words, the opposing end faces of the fixing material - starting from the connecting pin - are advantageously arranged substantially parallel to one another. An exception to this can be a contact area between the base body and the fixing material (see below). This design and arrangement of the fixing material provides a particularly compact, space-saving feedthrough, in contrast to a feedthrough with an arcuately curved course of the fixing material surface as the height of the fixing material increases towards the connecting pin. Such dimensioning of the fixing material also offers manufacturing advantages, as it is ensured that there is sufficient fixing material for secure and tight fixing, in particular glazing, of the connecting pin. In other words, the fact that at least one end face of the fixing material is arranged so as to protrude beyond a surface of the base body provides a reservoir for the fixing material, which can be used to compensate for volume fluctuations in the fixing material and fluctuations in the dimensions of the components. This also improves the insulation between the connection pin and the base body, so that a short circuit with the base body can be avoided when the connection pin is contacted.
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. Towards the contact area between the fixing material and the base body, at least one end face of the fixing material converges towards the base body. In other words, the height of the fixing material increases from the base body towards the connection pin until the essentially uniform height is reached or the end faces of the fixing material run parallel to each other. The contact area can coincide with the wall of the through hole, but it does not have to (see below). In the context of the disclosure, terms such as “uniform thickness”, “uniform height”, “constant height”, “parallel end faces”, “consistent step and/or bevel” etc. are of course to be understood within the scope of the usual manufacturing tolerances.
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. Here too, it can be advantageous if the difference, i.e. the difference, between the height of the fixing material and the thickness of the base body is a maximum of 30%, preferably a maximum of 28%. An advantageous lower limit for the difference can be 6% or 8%, i.e. the height of the fixing material is 6 to 30% greater than the thickness of the base body. The difference can be distributed symmetrically on both sides of the housing part, so that it is a maximum of 15% or a maximum of 14% and/or at least 3% or 4% per side. In the case of a base body with a symmetrical connecting flange, the difference can also be distributed asymmetrically between the sides of the housing part. A flush arrangement of the fixing material and the base body on one side is also possible.
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. A particularly advantageous embodiment of the housing part is one in which the base body has both a symmetrical passage and a symmetrical connecting flange. Such housing parts can be manufactured with reduced effort. In addition, the effort involved in assembling a housing that includes the advantageous symmetrical housing part is simplified because the top and bottom of the housing part have a matching geometry.
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. Within the scope of the disclosure, the fixing material advantageously has a shaped surface in the region in which its end faces run essentially parallel or the fixing material has an essentially uniform height. A shaped surface is formed in particular in contact with melt molds and preferably has a surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of > 1 pm. In the transition to the base body, ie in the contact region in which at least one surface of the fixing material faces the base body converges, the fixing material can have a free-form surface, preferably with a curvature. A free-form surface forms without contact with a mold. The free-form, preferably curved section can have a fire-polished surface, preferably with a surface roughness Ra of < 0.2 pm, preferably < 0.1 pm. The surface roughness Ra was determined here tactilely using a profilometer. Ra is preferably determined in accordance with 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. When looking at the housing part in vertical cross-section, the base body has a gap on both sides between the connecting pin arranged in its through-opening, which gap is filled with fixing material. The gap is therefore the distance between the wall of the through-opening and the wall of the connecting pin.
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. In the first embodiment according to the invention, the second embodiment according to the invention or a combination of both embodiments according to the invention, it is advantageous if an imaginary tangent applied to the surface of the fixing material at the contact point with the connection pin forms a contact angle with the connection pin of approximately 90°. In other words, there is a right angle (naturally within the limits of the usual manufacturing tolerances), here preferably an angle of 90° with a deviation of +/- 2°. This is described in more detail below. This provides a hermetic connection and at the same time a compact feedthrough.
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. In the first embodiment according to the invention, the second embodiment according to the invention or a combination of both embodiments according to the invention, it can be advantageous if the desired substantially uniform height of the fixing material is present at the latest after 25%, preferably at the latest after 20%, preferably at the latest after 15% of the distance between the base body and the connecting pin, wherein the reference point, ie the starting point for the observation, the base body. A plateau is thus quickly formed in which the fixing material has a substantially constant height and the end faces of the fixing material run substantially parallel to one another. A plateau with a substantially constant height of the fixing material can advantageously extend over at least 75%, advantageously at least 80%, preferably at least 85% of the distance between the base body and the connection pin. This provides a long insulation distance.
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. In the first embodiment according to the invention, the second embodiment according to the invention or a combination of both embodiments according to the invention, it can be advantageous if the fixing material not only protrudes beyond one or both surfaces of the base body, but also covers the edge of the through-opening, i.e. the fixing material can cover an area of the top side of the base body adjacent to the through-opening. Such a constellation is referred to in the disclosure as "fixing material overflow" or "fixing material coverage". A fixing material overflow can be formed on one side of the base body or on the other side of the base body or on both sides of the base body, depending on whether a symmetrical or asymmetrical passage is present. In a design with fixing material overflow, the contact area between the fixing material and the base bodies is not only in the area of the wall of the through-opening, but extends beyond the edge of the through-opening onto a surface of the base body, on at least one side of the base body. Here too, at least one end face of the fixing material converges towards the base body. In other words, the height of the fixing material increases starting from the base body, but not only starting from the through-opening, but already starting from a surface of the base body, so that one edge of the through-opening is covered.
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. A fixative overflow increases the reservoir for the fixative and increases the isolation effect. In addition, the implementation mechanically more stable and the hermetic seal more secure. In this variant too, it can be advantageous if, with regard to the desired essentially uniform height of the fixing material, starting from the first contact of the fixing material with the base body surface, a plateau quickly forms in which the end faces of the fixing material run essentially parallel to one another and the fixing material has an essentially constant height. The desired essentially uniform height of the fixing material is advantageously achieved after 10% at the latest, preferably after 5% at the latest, of the distance between the base body and the connection pin. A plateau with an essentially constant height can advantageously extend over at least 90%, advantageously at least 100% of the distance between the base body and the connection pin.
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. In the embodiments of the invention, the connecting pin can have two end faces and a lateral surface. For example, it can have a circular cylindrical shape, with the lateral surfaces of the cylinder facing the fixing material. In addition to the circular cylindrical shape, general cylindrical shapes with other end face shapes are also conceivable. For example, oval shapes or rectangles with rounded corners are conceivable. In the embodiment with a symmetrical leadthrough, the connecting pin is also constructed symmetrically. In the embodiment with a symmetrical connecting flange, it can be constructed symmetrically or asymmetrically.
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. Within the scope of the embodiments of the invention, the disk-shaped base body, the fixing material and the connecting pin form a metal fixing material passage through which the through opening of the base body is closed. The passage formed is preferably hermetically sealed. Hermetically sealed is considered to be a He leakage rate of 1 ■ 10 -8 mbar l/s at a pressure difference of 1 bar. The housing part according to the invention can in particular be a housing part for forming a housing for an electrical storage device. For example, the housing part can be designed as a cover part or lid that can be joined together with a cup-shaped housing element to form a housing for an electrical storage device. However, the housing part can also be part of a lid or cover part in that the housing part is inserted into an opening that is formed in a cover element. The electrical storage device can in particular be a battery or a capacitor, including a supercapacitor, wherein the housing usually accommodates at least one storage cell that can be electrically contacted from the outside via the electrical feedthrough as a connection terminal. The housing part can also comprise a feedthrough that is designed as a multi-pole feedthrough, in which the base body has several through-openings and in each of the through-openings a connection pin is held by a fixing material.
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. In an advantageous embodiment, the base body has a thickness in the range 0.1 mm to 1 mm, preferably 0.15 mm to 0.8 mm, in particular 0.15 mm to 0.6 mm. As a result, a housing part for a particularly compact, small electrical device - in particular an electrical storage device or sensor housing, preferably a battery, in particular a microbattery, or capacitor - can be provided with a feedthrough.
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. In the case of a housing part with a symmetrical leadthrough, it can be advantageous if the base body or the housing part has a connecting flange, in particular an asymmetrical connecting flange, on the outer edge. The connecting flange can serve to align and center the housing part or base body in relation to another housing component, for example a cup-shaped housing element or a cover element, during the assembly of a housing or cover. A corresponding counter flange can advantageously be formed on the other housing component. In addition, the connection to the other housing component can be made on the connecting flange, for example by means of a welded connection or soldered connection. The connection is preferably designed in such a way that it is largely gas-tight and preferably a He leak rate of less than 10' 8 mbar l/sec at a pressure difference of 1 bar is provided.
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. In an advantageous further development of the design with symmetrical implementation, the connecting flange can be designed as a one-sided step or one-sided bevel, with the thickness of the base body decreasing towards the edge. This results in an asymmetrical connecting flange. The step or bevel of the connecting flange can be formed on the first side of the base body, with the first side being the side that faces inwards when a housing is formed. Alternatively, the step or bevel could also be formed on the second side of the base body, with the second side being the side that faces outwards when a housing is formed.
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. Due to the low material thickness of the base bodies of housing parts, especially for small electrical devices, such as micro batteries, and the fact that the connecting flange has an even lower thickness, a small one-sided step or bevel on the connecting flange is usually difficult to identify and thus the orientation of the base body can often only be determined with great equipment effort.
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. However, because the fixing material and the connecting pin are arranged symmetrically to a plane of symmetry in the middle of the plane of the base body within the scope of the invention, it is irrelevant for the manufacture of the housing part from individual parts in which direction the connecting flange points, ie on which side of the base body the one-sided step or the one-sided bevel is formed. Due to the orientation of the base body, of the fixing material and the connecting pin on the plane of symmetry, the prior orientation of the base body in relation to the step or bevel can be omitted during the manufacture of the housing part. This saves costs and avoids product defects.
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 an advantageous further development of the design with symmetrical feedthrough or the design with symmetrical connecting flange or a design that includes both, the front sides of the connection pin are each arranged flush with a surface or front side of the fixing material. The surfaces of the connection pin are thus on both sides of the housing part in the same plane as the surface of the fixing material. Due to the flat shape of the electrical feedthrough, the feedthrough and thus the housing part can have a low overall height.
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. In an advantageous development of the design with symmetrical feedthrough or the design with symmetrical connecting flange or a design that includes both, both end faces of the connection pin are arranged so as to protrude beyond a surface or end face of the fixing material, particularly in the case of symmetrical feedthrough at the same distance from the plane of symmetry of the base body. The end faces or surfaces of the connection pin are thus located on both sides of the housing part above the level of the respective end face or surface of the fixing material. This creates an increased contact surface, which allows simple electrical contact of the connection pin, for example by welding on contact lugs.
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. When designing with a symmetrical base body by means of a symmetrical connecting flange, it can be advantageous if the connecting pin is designed asymmetrically, ie has an asymmetrical geometry and/or an asymmetrical structure. Alternatively or additionally, the connecting pin and/or the fixing material can advantageously be designed asymmetrically in the The feedthrough can be arranged in such a way that its front sides are spaced at different distances from the plane of symmetry of the base body. Measures for the orientation of an asymmetrical connection pin or an asymmetrically arranged connection pin can be omitted.
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. In a design with a symmetrical base body through a symmetrical connecting flange, it can be advantageous if one end face or both end faces of the connection pin are arranged flush with a surface of the base body. Since the base body is symmetrical, the manufacturing effort for the housing part is also reduced if only one end face of the connection pin is arranged flush with a surface of the base body or the end faces of the connection pin are at different distances from the plane of symmetry of the base body, i.e. there is an asymmetrical feedthrough.
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. In a design with a symmetrical base body through a symmetrical connecting flange, it can be advantageous if one end face or both end faces of the connection pin are arranged to protrude beyond a surface of the base body. Since the base body is symmetrical, the manufacturing effort for the housing part is also reduced if only one end face of the connection pin is arranged to protrude beyond a surface of the base body or if the end faces of the connection pin are at different distances from the plane of symmetry of the base body, i.e. an asymmetrical feedthrough is present.
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. The material of the base body and/or the material of the connecting pin are preferably selected from steel, in particular ferritic, austenitic or duplex steel, stainless steel, stainless steel, iron-nickel alloys, iron-nickel-cobalt alloys, KOVAR, molybdenum, titanium, titanium alloy, aluminum or aluminum alloy. The connecting pin can consist of or comprise one of the materials mentioned. A preferred example comprises a base body made of austenitic steel and a connecting pin comprising or consisting of austenitic steel.
Bevorzugt ist das Fixiermaterial ein Glas, eine Glaskeramik oder eine Keramik oder umfasst ein Glas, eine Glaskeramik oder eine Keramik. Preferably, the fixing material is a glass, a glass ceramic or a ceramic or comprises a glass, a glass ceramic or a ceramic.
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. Preferred glasses include technical glasses, in particular oxidic glasses, which are preferably chemically resistant to common materials in connection with electrical energy storage devices. In the case of a technical glass, the fixing material is, for example, an aluminum borate glass, which comprises Al2O3 and B2O3, or a bismuth glass, which comprises, for example, Bi2O3 as a glass former. Alternatively, glasses that comprise lead oxide as a glass former, in particular glasses from the PbO-B2O3 system, or glasses containing vanadium can be used as fixing material.
Für Glas-Metall Durchführungen werden als Fixiermaterial geeignete Gläser nach ihren Eigenschaften wie Schmelztemperatur und/oder Ausdehnungskoeffizient ausgewählt. For glass-metal bushings, suitable glasses are selected as fixing materials according to their properties such as melting temperature and/or expansion coefficient.
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. Preferably, the melting point of the fixing material is selected to be lower than the melting point of the material of the connecting pin or of all materials of the connecting pin. This ensures that the connecting pin is not damaged when the metal fixing material is manufactured using a temperature treatment step, for example for sintering or glazing the fixing material.
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. In such a temperature treatment step, the fixing material can be obtained from a compact, ie a fixing material precursor, which may be, for example, a glass powder or a glass ceramic powder or a ceramic powder The glass powder can consist of or comprise a partially crystallizable glass, so that during a temperature treatment the partially crystallizable glass is ceramized and a glass ceramic is obtained.
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. Glasses with a low melting temperature can be advantageous. In a variant described below, a glass whose melting temperature is below the melting point of aluminum or an aluminum alloy is particularly advantageous. It can be preferred if, in an electrical feedthrough for an electrical storage device, for example a battery, a capacitor or a supercapacitor, the fixing material comprises or consists of a bismuth-based glass that includes Bi2O3 as a glass former, or a lead-based glass that includes PbO as a glass former.
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. For example, an aluminum borate glass with the main components AI2O3, B2O3, BaO and SiO2 is used as a glass or glass ceramic material. The expansion coefficient of such a glass material is preferably in the range 9.0 to 9.5 ppm/K or 9.0 to 9.5 10' 6 /K. If, for example, a bismuth glass is used, the expansion coefficient is approximately 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. However, depending on the thermal expansion behavior of the materials of the base body and connection pin, other glasses with a different thermal expansion coefficient can also be used advantageously.
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. In order to achieve a particularly good seal between the metal parts, i.e. the base body and the connection pin, and the fixing material, the electrical feedthrough can be designed in the form of a pressure glazing. In this case, a thermal expansion coefficient of the base body is selected to be greater than a thermal expansion coefficient of the fixing material, so that after a temperature treatment in which the fixing material is glazed in the through hole, the base body contracts more strongly than the fixing material. This permanently absorbs pressure forces through the base body. exerted on the fixing material. These pre-tension the fixing material and ensure a particularly durable seal.
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. Accordingly, it is preferred that a thermal expansion coefficient of the base body is greater than a thermal expansion coefficient of the fixing material. In the case of pressure glazing, the thermal expansion coefficient of the base body is particularly preferably selected to be at least 5%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 20% and most preferably at least 50% greater than the thermal expansion coefficient of the fixing material.
Die Vorspannung für die Druckeinglasung wird im Wesentlichen durch den Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Grundkörpers und dem Fixiermaterial bestimmt. The prestress for the pressure glazing is essentially determined by the difference in the expansion coefficients between the material of the base body and the fixing material.
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. In an advantageous embodiment, the expansion coefficient of the base body is in the range 12-10' 6 1/K to 19-10' 6 1/ K and the expansion coefficient of the fixing material is in the range 9 10' 6 1/K to 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. The expansion coefficient of the glass, ceramic or glass-ceramic material can be modified if necessary by mixing the glass, ceramic or glass-ceramic material with a filler. The thermal expansion coefficient can then be adjusted by selecting the type and amount of filler.
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. In an advantageous embodiment, the expansion coefficient of the connecting pin is in the range 6 10' 6 1/K to 11 ■ 10' 6 1/K. Accordingly, the expansion coefficient of the connecting pin or a core of the connecting pin is preferably adapted to the expansion coefficient of the fixing material when the implementation is carried out as a pressure glazing or is selected to be slightly smaller. For pressure glazing, for example, an austenitic steel with an expansion coefficient of approx. 16 -10' 6 1/ K can be combined with a bismuth-based glass with an expansion coefficient of approx. 10.5 -10' 6 1/ K and a core made of ferritic steel with an expansion coefficient of approx. 10 ' 6 1/ K.
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%. As an alternative to pressure glazing, the expansion coefficient of the base body and the expansion coefficient of the fixing material can be adapted to each other. It is preferred if the difference in the expansion coefficients is less than 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. In particular, an adapted implementation is understood to mean that the expansion coefficients differ essentially by at most 1 * 10 ' 6 1/K, in particular are essentially the same. The expansion coefficient of the connection pin is preferably adapted in the same way to the expansion coefficient of the fixing material.
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. Where values for the coefficient of expansion have been mentioned above in connection with pressure glazing or adapted glazing for materials, these refer to the linear thermal expansion coefficient a usually specified in connection with glass-metal penetrations in the temperature interval 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. In an advantageous embodiment, it is provided that the connection pin has a core made of a first electrically conductive material and that at least on a first side of the electrical feedthrough a first end face of the core is covered with a covering material made of a second electrically conductive material, wherein advantageously the connection pin and the fixing material are designed and arranged in such a way that the first electrically conductive material of the core is inaccessible on the first side of the electrical feedthrough. For this purpose, the fixing material directly adjoins the covering material.
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. It is advantageous if the first side of the electrical feedthrough, on which the first electrically conductive material of the core is advantageously inaccessible, is the side which faces inwards when a housing is formed. The first end face of the core with covering material thus faces inwards when a housing is formed. An alternative arrangement in which the first electrically conductive material of the core is inaccessible from the side which faces outwards when a housing is formed is of course also possible and also advantageous.
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. If the housing part has an asymmetrical connecting flange, it is advantageous if the electrical feedthrough is symmetrical in that both end faces of the core are covered with the covering material made of the second electrically conductive material.
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. The proposed connection pin comprises at least two different materials, wherein the first electrically conductive material of the core is preferably selected according to the requirements of the metal fixing material implementation.
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. For this purpose, the first electrically conductive material can be selected in particular with regard to the thermal expansion coefficient and the resistance to deformation. The second electrically conductive material is preferably selected according to the requirements of the electrical storage device. In particular, the second electrically conductive material can be selected with regard to chemical resistance to materials of the storage cell and electrochemical potentials.
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. The connecting pin can, for example, have a circular cylindrical shape, with the lateral surfaces of the cylinder facing the fixing material and at least one the end faces of the core are covered with the covering material. In addition to the circular cylinder shape, general cylinder shapes with other end face shapes are also conceivable. For example, oval shapes or rectangles with rounded corners are conceivable.
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. In addition to covering a first end face of the core with the covering material, it can also be provided to cover a second end face of the core opposite the first end face with a further covering material made of a third electrically conductive material. The third electrically conductive material can be selected to be identical or different to the second electrically conductive material. If different materials are selected, the second electrically conductive material in particular can be adapted to the requirements of the materials of a storage cell and the third electrically conductive material can be optimized, for example, for simple, secure connection to electrical connections. Welding properties or soldering properties can be used as a criterion for the material selection, for example.
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. In an advantageous variant, a lateral surface of the core facing the fixing material is at least partially not covered with covering material and is directly adjacent to the fixing material. Preferably, the lateral surface of the core is completely free of the covering material. In another advantageous variant, the surface of the core is completely covered with covering material, so that in particular the lateral surface is also completely covered with covering material.
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. Preferably, the melting point of the fixing material is selected to be lower than the melting point of all materials of the connecting pin. This ensures that the connecting pin is not damaged when the metal fixing material is manufactured using a temperature treatment step, for example for sintering or glazing the fixing material. Preferably, the second electrically conductive material and/or the third electrically conductive material is applied to the end face of the core by means of plating, electroplating, coating, vapor deposition, welding or soldering. If only comparatively small thicknesses of the covering material are applied, electroplating, coating and vapor deposition are preferred. Conversely, plating, welding and soldering are preferred if comparatively high thicknesses of the covering material are applied.
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. During plating, the starting materials, such as the covering material and the core material, are usually provided in the form of plates or strips and placed on top of each other and joined together by rolling. During soldering or welding, for example, the covering material in the form of a sheet or foil can be placed on the core material and welded or soldered to it.
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. Examples of possible vapor deposition processes include physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD) or plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
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. Regardless of the type of application, the covering material is preferably arranged free of openings or defects so that the corresponding end face of the core is completely covered. In particular, this is intended to prevent the first conductive material from coming into contact with materials from the interior of an energy storage device.
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. Furthermore, the covering material is preferably selected and arranged in such a way that it is suitable for soldering or welding electrical contacts such as contact lugs. Accordingly, the covering material Preferably designed in such a way that it is suitable for soldering or welding electrical contacts and no cracks or openings are created in the covering material.
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. Preferably, the metallic materials that can come into contact with an electrolyte and/or the fixing material are selected such that they are resistant to electrolytes, in particular aqueous and/or non-aqueous electrolytes. In particular, it is preferred if the materials of the feedthrough have a high chemical resistance to non-aqueous battery electrolytes, in particular to carbonates, preferably carbonate mixtures with a conductive salt, preferably comprising LiPFe.
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. The first electrically conductive material of the core of the connection pin is preferably selected from steel, in particular ferritic, austenitic or duplex steel, stainless steel, stainless steel, iron-nickel alloys, iron-nickel-cobalt alloys, KOVAR, molybdenum, titanium, titanium alloy, aluminum or aluminum alloy.
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. The second electrically conductive material and/or the third electrically conductive material of the connection pin is preferably selected from aluminum, an aluminum alloy, AlSiC, copper, a copper alloy, molybdenum, nickel or nickel alloys, palladium, silver or 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. A preferred example of a terminal pin has a core made of a stainless steel, in particular a ferritic stainless steel, and a cover material made of aluminum or an aluminum alloy.
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. However, other material combinations in which a melting point of the second electrically conductive material and/or the third electrically conductive material is lower than a melting point of the first electrically conductive material of the core of the connection pin are also preferred. Usually, a safety valve and/or a predetermined breaking point is provided on housings for an energy storage device as a safety element in order to reduce the pressure in a controlled manner in the event of excess pressure inside. The housing part preferably has such a safety element. For this purpose, it is preferable to select a pressing force for the connection pin held by the fixing material so that the connection pin is pressed out when a predetermined pressing force is exceeded. Such an adjustment of the pressing force is known, for example, from DE 202020106 518 U1.
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. Preferably, the fixing material and its connection to the wall of the through-opening and the connecting pin are designed in such a way that a safety valve function is provided above a predetermined extrusion force, wherein the predetermined extrusion force is set by one or more of the following measures: a. selecting the thickness of the glazing, b. selecting the fixing material, c. selecting the proportion of bubbles in the fixing material, d. structuring the surface of the fixing material by adjusting the shape of a fixing material molded body before glazing, e. structuring the surface of the fixing material during glazing, f. laser processing the surface of the fixing material after glazing, g. introducing notches or tapers into the fixing material on one or both sides and/or h. introducing notches or tapers into the connecting pin and/or the base body.
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. The housing part can advantageously be used in an electrical device, in particular an electrical storage device, preferably a microbattery, or e.g. in a sensor housing. A housing part according to the invention with an electrical feedthrough is produced within the scope of the invention by providing a disk-shaped base body with a substantially uniform thickness and a through-opening, a fixing material precursor and a connection pin. At least the base body, preferably also the fixing material and the connection pin, are provided in a random orientation. The fixing material or a precursor material can be provided in the form of a molded body. The volume of the fixing material precursor is advantageously dimensioned such that in the housing part produced, the fixing material protrudes beyond a surface of the base body on at least one side. The molded body can, for example, have the shape of a hollow cylinder. To form the electrical feedthrough, the connection pin in the molded body of the fixing material is arranged in the through-opening of the base body. The base body, the fixing material molded body, which is preferably in the form of a hollow cylinder, and the connection pin are positioned according to the desired symmetry of the housing part using suitable melt molds. In the case of a symmetrical feedthrough, the base body, the fixing material molded body and the connecting pin are positioned symmetrically to a plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body, whereby it is irrelevant in which direction any asymmetrical connecting flange of the base body points. If the base body has a symmetrical connecting flange, the base body, fixing material and connecting pin can also be positioned using appropriate melting molds in such a way that - if desired - an asymmetrical feedthrough is created in which the front sides of the fixing material and/or connecting pin on the first side of the housing part have a different distance to the plane of symmetry lying centrally in the plane of the base body than on the second side of the housing part and/or in which the connecting pin is designed asymmetrically. The melting molds are designed and arranged in such a way and the volume of the fixing material molded body is selected in such a way that in the area of the through opening in the finished component the height of the fixing material is greater than the thickness of the base body, and preferably the end faces of the fixing material run essentially parallel starting from the connection pin. The connection pin is then glazed into the opening by means of a temperature treatment (heating), the fixing material forming an intimate bond with the material of the connection pin and the material of the base body. Except for the contact area between the base body and the fixing material, the surface of the fixing material is advantageously formed in contact with the melt molds. This is therefore a shaped surface with a typical roughness that was described above in connection with the housing part. In the transition to the base body, i.e. in the contact area, the surface of the fixing material can form freely and - in an advantageous variant - even extend over the edge of the through-opening. To avoid repetition, reference is made to the above explanations.
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. A further aspect of the invention is the provision of an electrical storage device. The proposed electrical storage device is designed in particular as a battery or as a capacitor, including a supercapacitor, and comprises a housing with a housing part described herein with at least one electrical feedthrough. Furthermore, the electrical storage device preferably comprises at least one storage cell, in particular a battery cell or a capacitor cell, which is arranged, for example, in a cup-shaped housing element.
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. The storage device according to the invention is designed to be compact, so that as much active volume as possible is made available inside the housing, whereby the battery and/or the capacitor can have the highest possible capacity.
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. The base body of the electrical feedthrough is part of a housing part, which is designed in particular as a cover or which is part of a cover, which is preferably hermetically sealed with other housing parts is connected so that a hermetically sealed housing is formed for the electrical storage device. For example, to form the housing, a cover with the electrical feedthrough is connected to a cup-shaped housing element by welding. Hermetically sealed is understood here to mean that the housing has a He leakage rate of less than 10' 8 mbar l/sec at a pressure difference of 1 bar.
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. In an advantageous variant of an electrical storage device, the material thickness or thickness of the base body is in the range 0.1 mm to 1 mm, preferably 0.15 mm to 0.8 mm, in particular 0.15 mm to 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. Particularly compact electrical storage devices are provided if the electrical storage device has a total construction height of at most 40 mm, preferably at most 30 mm or at most 20 mm or at most 10 mm and/or the total construction height is advantageously in the range 1 mm to 40 mm.
Der Durchmesser, insbesondere einer Mikrobatterien kann 3 mm bis 30 mm oder 4 mm bis 20 mm oder 6 mm bis 16 mm betragen. The diameter, especially of a micro battery, can be 3 mm to 30 mm or 4 mm to 20 mm or 6 mm to 16 mm.
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. In an advantageous embodiment, the electrical storage device is a microbattery. Basically, there are different types of microbatteries, e.g. pin-shaped microbatteries, in which a small diameter of a few mm is compensated by a relatively large overall height (up to approx. 40 mm), and button-shaped microbatteries, which have a relatively large diameter but a small overall height. In the latter case, the overall height can be in the range of 1 to 5 mm. The height is advantageously at most 5 mm, advantageously at most 4 mm, preferably at most 3 mm. The invention will be described in more detail below with reference to the schematic figures and without limitation thereto.
Es zeigen: They show:
Fig. 1 : ein bekanntes Gehäuseteil mit einer unsymmetrischen elektrischen Durchführung mit verstärktem Grundkörper im Bereich der Durchgangsöffnung, Fig. 1 : a known housing part with an asymmetrical electrical feedthrough with reinforced base body in the area of the through opening,
Fig. 2: ein weiteres bekanntes Gehäuseteil mit einer unsymmetrischen elektrischen Durchführung mit einem Grundkörper mit flexiblem Flansch, Fig. 2: another known housing part with an asymmetrical electrical feedthrough with a base body with a flexible flange,
Fig. 3: ein Gehäuseteil mit elektrischer Durchführung (Vergleichsbeispiel), Fig. 3: a housing part with electrical feedthrough (comparative example),
Fig. 4: ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung, Fig. 4: a first embodiment of the invention with a symmetrical implementation,
Fig. 5: ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung und einem unsymmetrischen Verbindungsflansch, Fig. 5: a second embodiment of the invention with a symmetrical bushing and an asymmetrical connecting flange,
Fig. 6: ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung und einem unsymmetrischen Verbindungsflansch, Fig. 6: a third embodiment of the invention with a symmetrical bushing and an asymmetrical connecting flange,
Fig. 7: ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem symmetrischen Verbindungsflansch und unsymmetrischer Durchführung, Fig. 7: a fourth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange and asymmetrical bushing,
Fig. 8: ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem symmetrischen Verbindungsflansch und unsymmetrischer Durchführung, Fig. 8: a fifth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange and asymmetrical bushing,
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. 9: a sixth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange and a symmetrical bushing, Fig. 10: a seventh embodiment of the invention with a symmetrical feedthrough and completely coated core of the connection pin,
Fig. 11 : ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer symmetrischen Durchführung und beidseitiger Bedeckung eines Kems des Anschlussstifts, Fig. 11: an eighth embodiment of the invention with a symmetrical feedthrough and double-sided covering of a core of the connection pin,
Fig. 12: ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem symmetrischen Verbindungsflansch, einer unsymmetrischen Durchführung und einseitiger Bedeckung des Kems des Anschlussstifts, Fig. 12: a ninth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange, an asymmetrical feedthrough and one-sided covering of the core of the connection pin,
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. 13: a tenth embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange, a symmetrical leadthrough and double-sided covering of the core of the connecting pin with flush design and
Fig. 14: einen Ausschnitt einer schematischen Detaildarstellung. Fig. 14: a section of a schematic detailed representation.
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. Figure 1 shows a housing part 10 known in the prior art with an electrical feedthrough. The housing part 10 comprises a base body 12 with a through-opening 14 into which a connection pin 20 is inserted. The connection pin 20 is held in the through-opening 14 in an electrically insulating manner by means of a fixing material 16. In order to provide mechanical stability and tightness of the feedthrough despite the low material thickness of the base body 12, the base body 12 has a reinforcement area with a width W which borders on the through-opening 14 and within which the base body 12 has an increased thickness d2. Outside the reinforcement area, the base body 12 has the smaller thickness di. On its outer edge 17, a connecting flange for connecting to another housing component is formed on the base body 12. The connecting flange is designed here as an example as a one-sided step, i.e. there is an asymmetrical connecting flange 18a. Figure 2 shows another housing part 10 known from the prior art with an electrical feedthrough, which, as described above, has a base body 12 with a through-opening 14 in which a connection pin 20 is held in an insulating manner via a fixing material 16. The base body 12 additionally comprises a flexible flange 30, which is obtained, for example, by forming the base body 12 and has a transition region with a width W, within which a flat section of the base body 12 transitions into a glazing section with a thickness d2 which is greater than the thickness di of the flat section of the base body 12. The base body 12 is flexible and yielding in the transition region, so that the area with the through-opening 14 is mechanically decoupled by the flexible flange 30. Accordingly, mechanical stresses from other parts of the housing are not transferred to the fixing material 16. Furthermore, the thickness d2 within the glazing section can be freely selected within a wide range, so that a glazing length can be set independently of other dimensions of the base body 12 or a housing with the base body. Even in the case of a housing part 10 with a flexible flange 30, an asymmetrical connecting flange 18a can be provided on the outer edge 17 of the base body 12 for connecting to another housing component.
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. In Figures 1 and 2 it can be seen that the geometric design of the top of the housing part 10 differs from the geometric design of the bottom of the housing part 10 due to areas of the base body 12 protruding from a housing part plane - such as reinforcement with thickness d2 and/or a flexible flange 30. - In general, within the scope of the disclosure of the prior art, the embodiments according to the invention and the comparative example, the terms top, ie the side of the housing part pointing upwards in the figure, and bottom, ie the side of the housing part pointing downwards in the figure, are used solely to illustrate the description of the figures without reference to the - whether the corresponding side is later arranged in an electrical device facing the interior of the housing or faces outwards. - With the help of areas that protrude from the housing part plane, in particular parts of the base body 12, it is easy to identify the top and bottom of the base body 12 or housing part 10. This enables the individual housing parts to be reliably aligned for the production of the electrical feedthrough and/or the later alignment of the housing part 10 for the assembly of a housing or cover.
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. However, Figures 1 and 2 also show the disadvantage of such known housing parts 10, namely that the protruding areas form space requirements that must be structurally accommodated inside the housing or outside the electrical device.
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. Figure 4 shows a first embodiment of a thin, compact housing part 10 according to the invention with a symmetrical electrical feedthrough. The housing part 10 comprises a base body 12 with a through-opening 14 into which a connection pin 20 is inserted. The connection pin 20, which here has two end faces 21 and a lateral surface, is held in the through-opening 14 in an electrically insulating manner by means of a fixing material 16. The fixing material 16 seals both against an inner wall of the through-opening 14 and against the connection pin 20, so that the through-opening 14 is tightly closed by the fixing material 16 and a metal fixing material feedthrough is formed.
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. The housing part 10 shown is particularly suitable for use in connection with electrical storage devices such as batteries, in particular micro batteries, and capacitors. Accordingly, the housing part 10 can be a component of a housing for such an electrical storage device, for example a battery cover or a component of a battery cover. The connection pin 20 forms then, for example, a connection terminal of the electrical storage device. To form a housing or cover for the electrical storage device, the housing part 10 with electrical feedthrough is joined to other housing components. If the housing part 10 is designed as a cover part, a housing for an electrical storage device can be formed by joining the cover part to a cup-shaped housing element. Alternatively, the housing part can be inserted into an opening provided in a cover element and thus be part of a cover. A cover constructed in this way comprises at least one further housing component in addition to the housing part 10 according to the invention in the form of the cover element with opening.
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. Usually, at least one storage cell, such as a battery cell or a capacitor cell, is arranged inside such a storage device. To establish an electrical connection, one connection of such a storage cell can be electrically connected to the connection pin 20 and another connection to another housing part. It is of course also possible to form several through-openings 14 in a housing part 10 or base body 12 and to arrange several connection pins 20 so that a multi-pole feedthrough is provided.
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. As can be seen, a disk-shaped base body 12 with a substantially uniform thickness D is used within the scope of the invention. Substantially uniform thickness means that the base body 12 has the same thickness outside the area of the through-opening 14 as in an area adjacent to the through-opening 14. The base body 12 is thus flat and has no reinforcing means produced by forming processes, such as reinforcement, collar, flexible flange or the like. With such a housing part 10, thin, compact housings with a lot of volume inside the housing can be provided. In addition, the base body 12 has a symmetrical feedthrough. The fixing material 16 and the connecting pin 20 are arranged symmetrically to a plane of symmetry S located centrally in the plane of the base body, so that the housing part 10 is symmetrical with respect to the feedthrough. In terms of geometry, there are therefore no differences between the top and bottom of the housing part 10. This means that the front side 21 or surface of the connecting pin 20 is just as far away from the plane of symmetry S on the bottom of the housing part 10 as the front side 21 is on the top of the housing part 10. The same applies to the fixing material 16. A housing part 10 that is symmetrical in this way can be manufactured with less production effort, since measures for determining the orientation of the individual parts before placing them in melting molds can be omitted.
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. It is also provided that the height H of the fixing material is greater than the thickness D of the base body in the area of the through opening 14. The difference between height H and thickness D is divided symmetrically between the sides of the housing part 10. The end faces of the fixing material 16 are thus each arranged to protrude beyond a surface of the disk-shaped base body 12. As can be seen, the opposite end faces of the fixing material 16 starting from the connection pin 20 are arranged essentially parallel to one another - except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16. In other words, the fixing material 16 starting from the connection pin 20 - except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16 - has an essentially uniform height. Towards the contact area between the fixing material and the base body, both end faces of the fixing material 16 converge towards the base body 12. In other words, the height of the fixing material 16 increases starting from the base body 12. The contact area between the fixing material and the base body coincides here with the wall of the through-opening 14, ie it lies in the area of the wall of the through-opening. Such dimensioning of the fixing material also offers manufacturing advantages, as it ensures that there is sufficient fixing material 16 for secure fixing, in particular glazing, of the connecting pin 20 and that no undesirable menisci or even holes occur in the contact between fixing material 16 and connecting pin 20 and/or holes between fixing material 16 and base body 12. In addition, the height H of the fixing material 16 improves the insulation between the connecting pin 20 and base body 12, so that a short circuit with the base body 10 can be avoided when contacting the connecting pin 20.
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. In the first embodiment of the housing part 10 shown in Figure 4, both end faces 21 of the connection pin 20 are flush with the corresponding surfaces or end faces of the fixing material 14.
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. With regard to the materials of the components, the connecting pin 20 can comprise ferritic steel, for example. The base body 12 preferably consists of a steel with a higher coefficient of expansion than the material of the connecting pin 20; in particular, austenitic steel can be selected as the material for the base body 12. If a low-melting fixing material 16 (for example bismuth-based glass) is selected, a hermetically sealed pressure glazing can be provided in combination with a base body 12 made of austenitic stainless steel. This choice of material can also be advantageous for other embodiments. Of course, other material combinations are possible and are also covered by the invention.
In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile wie in den Figuren 1 bis 4 sind mit denselben Bezugszeichen belegt. In the following figures, the same components as in figures 1 to 4 are given the same reference numerals.
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. Figure 5 shows a second embodiment of the invention with a symmetrical feedthrough, which is designed in accordance with the first embodiment. As described with reference to the first embodiment with reference to Figure 4, the electrical feedthrough has a flat, disk-shaped base body 12 with a substantially uniform thickness D and with a through-opening 14 in which a connection pin 20 is held in an insulating manner via a fixing material 16. To avoid repetition, reference is made to the above explanations.
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. In contrast to the first embodiment, the base body 12 has a circumferential, asymmetrical connecting flange 18a on its outer edge 17, which is designed here in the form of a one-sided step. In addition to connecting to another housing component, e.g. by welding or soldering, such a connecting flange serves to align and center the housing part 10 when assembling a housing or a cover. It can be advantageous if the other housing component has a mating flange that matches the connecting flange. In the second embodiment of the housing part 10 shown, both end faces 21 of the connection pin 20 are also flush with the corresponding surfaces of the fixing material 14.
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. Figure 6 shows a third embodiment of the invention with a symmetrical feedthrough, which is designed similarly to the first and second embodiments, so that reference is made to the above explanations to avoid repetition. Deviating from the flush arrangement described above, in the third embodiment the connection pin 20 is arranged in the symmetrical feedthrough in such a way that both end faces 21 of the connection pin 20 protrude the same distance beyond the corresponding surfaces of the fixing material 14. This makes it possible, for example, to easily make contact with arresters, contact lugs, etc. As in the second embodiment, in the third embodiment an asymmetrical connection flange 18a is provided on the outer edge 17 of the base body 12, but here it is implemented as a one-sided bevel, chamfer, etc. In principle, combinations of step and chamfer are also possible to form an asymmetrical connection flange. The embodiments shown in Figures 4 to 6 have in common that they have the described symmetrical feedthrough according to the invention. During the manufacture of the housing part 10, it is therefore not necessary to determine on the base body 12 before placing it in the melting mold in which direction any asymmetrical connecting flange 18a of the base body 12 points, since the geometry of the top and bottom of the housing part do not differ except for any features present on the edge. Errors in the orientation of the base body 12 in the finished housing part 10 cannot therefore occur, in contrast to the comparative example of a housing part 10 with electrical feedthrough shown as an example in Figure 3.
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. The base body 12 of the comparative example from Figure 3 corresponds to the disk-shaped base body 12 shown in Figure 5 and here also has an asymmetrical connecting flange 18a. However, in the comparative example, the fixing material 16 and the connecting pin 20 are not arranged symmetrically to the plane of symmetry S located centrally in the base body plane. In order to ensure that the connecting pin 20 protrudes over the base body 12 on the desired side in the finished housing part 10 when manufacturing a housing part 10 with such an asymmetrical feedthrough and asymmetrical connecting flange 18a, the base body 12 must be oriented in advance during the housing part production so that it is inserted into the melting mold with the correct alignment of the asymmetrical connecting flange 18a. This is complex and errors can occur, especially when a very thin base body 12 is involved (for example for a micro battery) in which the one-sided step or one-sided bevel on the connecting flange is very small.
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. Figures 7 and 8 show embodiments of the second embodiment of the invention with a symmetrical connecting flange 18b. In the second embodiment according to the invention, the housing part 10 also comprises a base body 12 with a through-opening 14 into which a connection pin 20 is inserted. The connection pin 20, which here has two end faces 21 and a lateral surface, is held in the through-opening 14 in an electrically insulating manner by means of a fixing material 16. The fixing material 16 seals both against an inner wall of the through-opening 14 and against the connection pin 20, so that the through-opening 14 is tightly closed by the fixing material 16 and a metal fixing material feedthrough is formed.
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. As can be seen, a disk-shaped base body 12 with a substantially uniform thickness D is also used here. A substantially uniform thickness means that the base body 12 has the same thickness outside the area of the through-opening 14 as in an area adjacent to the through-opening 14. The base body 12 is therefore flat and has no reinforcing means produced by forming processes, such as reinforcement, collar, flexible flange or the like. With such a housing part 10, thin, compact housings with a lot of volume inside the housing can be provided.
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. On its outer edge 17, the flat base body 12 has a symmetrical connecting flange 18b which is arranged symmetrically to a symmetry plane S lying centrally in the base body plane, in that matching bevels or slopes (see Figure 7) or matching steps (see Figure 8) are formed on the edge 17 of the base body 12 on both its upper side and its lower side, ie there is a bevel and/or gradation on both sides. Combinations of bevels and gradations are also possible, as long as the symmetry of the connecting flange 18b is maintained. A base body with a symmetrical connecting flange The flange can also have neither steps nor bevels on the edge 17 (see the base body of Figure 4). A symmetrical connecting flange 18b can also be used for centering, alignment and/or for connecting to another housing component. It can be advantageous if the other housing component has a counter flange that fits the connecting flange.
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 the fourth embodiment of the invention shown in Figure 7 and the fifth embodiment of the invention shown in Figure 8, the fixing material 16 and the connection pin 20 are not arranged symmetrically to a plane of symmetry S lying centrally in the base body plane, in contrast to the embodiments described so far, so that the housing part is asymmetrical with respect to the feedthrough, i.e. there is an asymmetrical feedthrough.
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. In Figure 7, the front side 21 of the connection pin 20 located on the top side of the housing part 10 is at a greater distance from the plane of symmetry S than the front side 21 located on the bottom side. The fixing material 16 is also arranged asymmetrically with respect to the plane of symmetry S. The difference between height H and thickness D is thus distributed asymmetrically between the sides of the housing part 10. As can be seen, the opposite front sides of the fixing material 16 are also arranged essentially parallel to one another starting from the connection pin 20 - except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16. In other words, the fixing material 16 has an essentially uniform height starting from the connection pin 20 - except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16. Towards the contact area between the fixing material and the base body, one front side of the fixing material 16 converges towards the base body 12 (here on the top side). In other words, the height of the fixing material 16 increases on one side starting from the base body 12. Here too, the contact area coincides with the wall of the through-opening 14, ie it lies in the area of the wall of the through-opening. It is shown as an example that the lower end face of the fixing material 16 is flush with the underside of the base body 12. In the fourth exemplary embodiment, both end faces 21 of the connection pin 20 are arranged flush with a surface or end face of the fixing material 16. Of course, different designs are possible, in which the end faces 21 of the connection pin 20 protrude beyond the fixing material on one side or on both sides (see also Figure 8). It can also be seen that in the case of an asymmetrical implementation, one end face 21 of the connection pin 20 can advantageously be arranged flush with one side (here the underside) of the base body 12.
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. Deviating from the embodiment described in Figure 7, in the fifth embodiment shown in Figure 8, the front side 21 of the connection pin 20 located on the underside of the housing part 10 has a greater distance from the plane of symmetry S than the front side 21 located on the top, while the fixing material 16 is arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry S. The difference between height H and thickness D is distributed symmetrically between the sides of the housing part 10. In addition, this embodiment shows by way of example that in a housing part 10 with a symmetrical connecting flange 18b, at least one front side 21 of the connection pin 20 can be arranged to protrude beyond a surface or front side of the fixing material 16.
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. The designs of an asymmetrical feedthrough described in Figures 7 and 8 are to be understood purely as examples. The features described can also be combined in any other way.
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. Because the asymmetrical feedthrough is realized with a base body 12 with a symmetrical connecting flange, the manufacturing effort for a housing part 10 is reduced, since the orientation of the base body 12, related on the later top or bottom, during the production of the housing part 10 plays no role. The sides of the housing part 10 only have to be identified during further processing, for example when connecting to other housing parts, arresters, etc.
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. Figure 9 shows a sixth embodiment of the invention, in which the housing part 10 has both a symmetrical connecting flange 18b, here exemplarily shaped as a step on both sides, and a symmetrical electrical feedthrough, which is designed in accordance with the first embodiment. To avoid repetition, reference is made to the above explanations. It goes without saying that the symmetrical feedthrough can also be implemented differently, e.g. as in the third embodiment, and that the symmetrical connecting flange 18b can alternatively or additionally comprise, for example, a bevel on both sides. Such a symmetrical housing part 10 offers advantages not only in its production, but also in its further processing, since complex measures for determining the orientation of the housing part 10 can be omitted or reduced and the risk of orientation errors is reduced.
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. Figures 10 to 13 show further embodiments of the invention with symmetrical electrical feedthrough and/or symmetrical connecting flange. Since in the following figures the same components as in Figures 1 to 9 are given the same reference numerals, reference is made to the above statements to avoid repetition and the advantageous further developments are described in more detail below.
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. In the figures it can be seen that the connection pin 20 has a core 22 made of a first electrically conductive material and that at least on a first side of the electrical feedthrough a first end face of the core 22 is covered with a covering material 24 made of a second electrically conductive material, wherein advantageously the covering material 24 and the fixing material 16 are designed and arranged such that the first electrically conductive material of the core 22 is inaccessible at least on the first side of the electrical feedthrough.
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. As in the embodiments described above, the connection pin 20 must be adapted in its material properties, in particular with regard to its thermal expansion coefficient, to the requirements of the metal fixing material feedthrough formed. In order to prevent or at least reduce corrosion of the connection pin 20, the material of the connection pin 20 should also advantageously be adapted to the materials used in the storage cell, such as the materials of the current conductors, electrode materials and electrolytes. In order to meet both requirements, an advantageous development provides that the connection pin 20 has a core 22 made of a first electrically conductive material, which is adapted to the requirements of the metal fixing material feedthrough, and has a cover material 24 made of a second electrically conductive material on one end face, which is adapted to the requirements of the storage cell, for example to prevent or at least reduce corrosion. The covering material 24 and the fixing material 16 are advantageously arranged in the electrical feedthrough in such a way that the core material 22 of the connection pin is inaccessible on a first side of the feedthrough on which the covering material 24 is located. For this purpose, the covering material 24 preferably borders directly on the fixing material 16.
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. The covering material 24 can be located on the side of the electrical feedthrough which faces inwards when a housing is formed. The second electrically conductive material can be applied to the end face of the core 22 of the connection pin 20, for example by means of plating. However, other variants are also conceivable for applying the second electrically conductive material. For example, thin sheets or foils made of the second electrically conductive material can be welded or soldered to the core. 22 or the second electrical material can be applied by electroplating or a vapor deposition process.
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. With regard to the materials of the components, a multi-part connection pin 20 can, for example, have a core 22 made of ferritic steel as the first electrically conductive material and, on at least one side of the core 22, a covering material 24, 25 made of aluminum or an aluminum alloy as the second electrically conductive material, for example in the case of a design of the housing part for use in a lithium-ion battery. The base body 12 can be made of a steel with a higher coefficient of expansion than the material of the core 22; in particular, austenitic steel can be selected as the material for the base body 12. If a low-melting fixing material 16 is selected, e.g. a bismuth-based glass, a hermetically sealed pressure glazing can be provided in combination with a base body 12 made of austenitic stainless steel. Of course, other material combinations are possible and are also covered by the invention.
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: In embodiments with symmetrical feedthrough and asymmetrical connecting flange 18a (see Figures 10, 11 ), it is important that the connection pin 20 with core 22 and covering material 24 is constructed symmetrically:
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. In the seventh embodiment in Figure 10, the core 22 of the connection pin 20 is completely coated so that all surfaces of the core 22 are covered by the covering material 24. Accordingly, in particular both end faces and a lateral surface of the core 22 are covered by the covering material 24. Both end faces 21 of the connection pin 20 are here, for example, flush with the corresponding surfaces of the fixing material 14. Alternatively, however, these could also protrude above the fixing material 14. In the eighth embodiment in Figure 11, a second end face of the core 22 opposite the first end face is covered with a further covering material 25 made of a third electrically conductive material, which is selected to be identical to the second electrically conductive material. In addition, a lateral surface of the core 22 of the connection pin 20 remains free of the covering material 24. This ensures that the covering material 24 does not change the properties of the metal fixing material feedthrough. The two materials can thus be selected completely independently of one another in order to achieve optimal adaptation to the requirements of the storage cells inside the housing and on the outside of the housing as well as to the formation of the metal fixing material feedthrough. Both end faces 21 of the connection pin 20 protrude here, for example, over the corresponding surfaces or end faces of the fixing material 14. Because the covering material 24 and the fixing material 16 are designed and arranged such that the first electrically conductive material of the core 22 is inaccessible on both sides of the electrical feedthrough, the core is protected against corrosion and can also be better contacted.
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: In embodiments with a symmetrical connecting flange 18b (see Figures 12 and 13), the connecting pin 20 with core 22 and covering material 24 can also be constructed asymmetrically:
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. In the ninth embodiment in Figure 12, the end faces 21 of the connecting pin 10 have different distances from the plane of symmetry S and one end face 21 of the connecting pin 20 protrudes above the fixing material 16, while the other end face 21 can be flush. In contrast to the previously described embodiments, a covering material 24 is also only provided on one side of the core 22, whereby in this embodiment the core 24 is accessible from the side, which can be possible if, for example, the material of the core 24 is not at risk of corrosion or the corrosion is prevented by other measures. The covering material 24 can in this case, for example, be used for serve to improve electrical contact. Alternatively, the arrangement of the covering material 24 could be selected such that, in conjunction with the fixing material 16, the first electrically conductive material of the core 22 is not accessible, in that the fixing material 16 directly adjoins the covering material 24.
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. In the tenth embodiment in Figure 13, the connecting flange and the feedthrough are symmetrical, while the connection pin is asymmetrical. A second end face of the core 22 opposite the first end face is covered with a further covering material 25 made of a third electrically conductive material, which is selected to be different from the second electrically conductive material. If different materials are selected, the second electrically conductive material in particular can be adapted to the requirements of the materials of a storage cell and the third electrically conductive material can be optimized, for example, for simple and secure connection to electrical connections. Welding properties or soldering properties can be used as a criterion for the material selection, for example. - If the covering materials had alternatively been selected to be the same in the embodiment shown, a housing part 10 would have been realized with a symmetrical feedthrough, symmetrical connection pin and symmetrical connecting flange.
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. Figure 14 shows a section of a schematic detailed drawing, the features and advantageous variants of which - if necessary with appropriate adaptation - can be combined with any embodiment, in particular the embodiments described above. A symmetrical implementation is shown purely as an example. Of course, advantageous asymmetrical implementations can also be implemented. When the housing part 10 is shown in vertical cross-section, the base body 12 has a distance A from the connection pin 20 arranged in its through-opening 14, which is filled with fixing material 16. The distance A is thus the distance between the wall of the through-opening 14 and the wall of the connection pin 20. The connection pin 20 has a thickness I.
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. As in the other figures, it can also be seen here that in the area of the through-opening 14, the height H of the fixing material 16 is greater than the thickness D of the base body 12. Both end faces of the fixing material 16 are arranged here so as to protrude beyond a surface of the base body 12. The opposite end faces of the fixing material 16 are arranged essentially parallel to one another starting from the connection pin 20, except for the contact area between the base body 12 and the fixing material 16. In other words, the fixing material 16 has an essentially uniform height H starting from the connection pin 20, except for the contact area between the base body and the fixing material.
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. Towards the contact area between the fixing material and the base body, both end faces of the fixing material 16 converge towards the base body 12. In other words, the height of the fixing material 16 increases from the base body 12 towards the connection pin 20. In the case of the solid line of the fixing material 16, the contact area between the surface of the fixing material 16 and the base body 12 coincides with the wall of the through-opening 14, but this does not have to be the case, see the dashed extension of the fixing material, which illustrates a fixing material overflow 28, which is described further below.
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). Since the slope or curvature 26 of the fixing material contour can be freely adjusted in the area in which the surface of the fixing material 16 comes into contact with the base body 12, volume fluctuations in the fixing material material and variations in the dimensions of the components. Depending on the volume of the fixing material and the structural conditions, the slope or curvature 26 can be steeper or flatter, and the fixing material can even cover the edge of the through-opening and form a fixing material overflow (see below).
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. When looking at the fixing material 16 shown with a solid line, the desired essentially uniform height H of the fixing material is reached in the example shown at the latest after approximately 15% of the distance A between the base body 12 and the connecting pin 20, whereby the reference point, i.e. the starting point for the observation, is the base body. A plateau P is thus quickly formed in which the fixing material 16 has an essentially constant height and the end faces of the fixing material run essentially parallel to one another. A plateau P with a constant height of the fixing material advantageously extends over at least 85% of the distance between the base body and the connecting pin.
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. In an advantageous variant of the housing part 10, the fixing material 16 not only protrudes beyond the surface of the base body 12, but also covers the edge of the through-opening 14 and also an area of the top of the base body adjacent to the through-opening 14 (see dashed line of the fixing material). In the example shown, the coverage is symmetrical on both sides of the base body. However, asymmetrical variants and/or one-sided variants are also possible. A fixing material overflow 28 or a fixing material coverage is realized. This makes a reservoir for the fixing material 16 even larger and the insulation effect is increased. Compared to the variant without fixing material coverage 28, the width of the plateau P is even larger. A plateau with an essentially constant height of the fixing material extends here over more than 100% of the distance A between the base body 12 and the connection pin 20. It can also be seen in Figure 14 that in the housing part 10 an imaginary tangent applied to the surface of the fixing material 16 at the contact point with the connecting pin forms a contact angle a with the connecting pin 20 of approximately 90°. In other words, there is a right angle, naturally within the limits of the usual manufacturing tolerances, here preferably 90° with a deviation of +/- 2°. This provides a hermetic connection and at the same time a compact feedthrough. A larger contact angle outside the mentioned deviation, i.e. an obtuse angle between the tangent and the connecting pin, leads to a trench in the contact area between the fixing material 16 and the connecting pin 20, which makes it more difficult to produce a hermetically sealed feedthrough. A smaller contact angle outside the mentioned deviation, i.e. an acute angle between the tangent and the connecting pin, exists when there is a pull of the fixing material 16 on the circumference of the connecting pin 20, also called the meniscus. This is disadvantageous because there is a risk that fixing material will get onto the front side 21 of the connection pin 20.
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. Figure 14 shows schematically the ideal case of a symmetrical feedthrough in which the plane of symmetry S located centrally in the base body plane and a connection pin plane of symmetry S' located centrally in the connection pin plane lie one above the other, i.e. they have no distance from each other. Due to manufacturing tolerances in the individual components of the housing part and the shapes required for production, however, there may be a deviation between the planes of symmetry, which is preferably less than 4% of the thickness I of the connection pin 20.
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. Only a few of the possible feature combinations have been described above using Figures 4 to 14 as examples. Many other combinations of features relating to a feedthrough (symmetrical, asymmetrical), features relating to a connecting flange (symmetrical, asymmetrical) and features relating to a connection pin (symmetrical, asymmetrical) are possible and included in the invention.
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. The invention provides flat, compact housing parts 10 with improved symmetry and lower manufacturing costs, which are particularly suitable for an electrical device, in particular for an electrical energy storage device. The housing parts can be used to provide storage devices that are themselves so compact that as much volume as possible is made available inside the housing, whereby the storage device, e.g. battery and/or capacitor, can have as high a capacity as possible. The housing parts according to the invention are particularly advantageous for micro batteries. However, the invention can also be used for larger storage devices and other electrical devices, for example sensor housings. In general, the invention can be used for electrical feedthroughs of all types, for example also for housings for electronic components. In addition, the invention provides a universally usable standard feedthrough that is independent of the dimensions of other housing components and/or the housing.
Bezugszeichenliste list of reference symbols
10 Gehäuseteil 10 housing part
12 Grundkörper 12 basic bodies
14 Durchgangsöffnung 14 passage opening
16 Fixiermaterial 16 fixing material
17 äußerer Rand von 12 17 outer edge of 12
18a unsymmetrischer Verbindungsflansch18a asymmetrical connecting flange
18b symmetrischer Verbindungsflansch18b symmetrical connecting flange
20 Anschlussstift 20 pin connector
21 Stirnseite von 20 21 front side of 20
22 Kern 22 core
24 Abdeckmaterial 24 covering material
25 weiteres Abdeckmaterial 25 additional covering material
26 Krümmung 26 curvature
28 Fixiermaterialüberlauf 28 Fixing material overflow
30 flexibler Flansch d1 erste Dicke im Stand der Technik d2 zweite Dicke im Stand der Technik30 flexible flange d1 first thickness in the prior art d2 second thickness in the prior art
W Breite im Stand der Technik W width in the state of the art
D Dicke von 12 D thickness of 12
S Symmetrieebene von 12 S symmetry plane of 12
S‘ Symmetrieebene von 20 S‘ symmetry plane of 20
H Höhe von 16 H height of 16
A Abstand zwischen 12 und 20 A distance between 12 and 20
I Dicke von 20 I thickness of 20
P Plateau a Kontaktwinkel zwischen 16 und 20 P Plateau a Contact angle between 16 and 20
Claims
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