DE1238514B

DE1238514B - Gasket for creating a gas, liquid and high frequency tight connection between two surfaces of electrical conductors

Info

Publication number: DE1238514B
Application number: DEB75814A
Authority: DE
Inventors: Robert Dale Hall
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1963-03-29
Filing date: 1964-03-09
Publication date: 1967-04-13

Description

Dichtun- zur Herstellung eines gas-, C flüssigkeits- und hochfrequenzdichten Verbindung zwischen zwei Flächen von elektrischen Leitern Die Erfindung betrifft eine Dichtung zur Herstellung einer gas-, flüssigkeits- und hochfrequenzdichten Verbindung zwischen zwei Flächen von elektrischen Leitern, bestehend aus einem zwischen den beiden Flächen durch im wesentlichen senkrecht zu diesen wirkenden Druck verforrnten Dichtungskörper aus weichem Material.Seals for the production of a gas-, liquid- and high frequency C-tight connection between two surfaces of electrical conductors, the invention relates to a seal for producing a gas, liquid, and high-frequency sealed connection between two surfaces of electrical conductors, comprising a between the two surfaces by means of a sealing body made of soft material which is deformed essentially perpendicularly to this pressure.

Zum sowohl gas-, flüssigkeits- als auch hochfrequenzdichten Verbinden beispielsweise von Gehäuseteilen bei Hochfrequenzanlagen ist es bekanntgeworden, eine zweiteilige Dichtung zu verwenden, deren einer Teil aus federndem Metall besteht und damit die Hochfrequenzdichtung bildet und deren anderer Teil aus beispielsweise Gummi besteht und damit die Gas- bzw. Flüssigkeitsdichtung bildet. Eine hochfrequenzdichte Verbindung ist überall da notwendig, wo gegebenenfalls vorhandene Spalte nicht als Schlitzstrahler wirken sollen. Dieses Problem tritt insbesondere beim Einschließen von Hochfrequenzanlagen in Gehäusen u. dgl. auf. Es ist auch bekanntgeworden, eine mit einem Drahtgeflecht überzogene Gummidichtung zu verwenden. Diese Dichtung konnte deswegen nicht befriedigen, weil diese Dichtung zwar hochfrequenzdicht war, nicht aber gas-und flüssigkeitsdicht. Nach einer anderen bekannten Lösung des Problems wird eine Gummidichtungsmasse mit darin befindlichen leitenden Teilchen verwendet. Diese Dichtung hat sich zwar als gut gasdicht erwiesen, war aber hinsichtlich ihrer Hochfrequenz-Dichtungs-Eigenschaften unbefriedigend.For both gas, liquid and high frequency tight connections For example, of housing parts in high-frequency systems, it has become known to use a two-part seal, one part of which is made of resilient metal and thus forms the high-frequency seal and the other part thereof, for example There is rubber and thus forms the gas or liquid seal. A high frequency density Connection is necessary wherever existing columns are not considered Slot emitters should work. This problem occurs especially when including of high-frequency systems in housings and the like. It has also become known a rubber gasket covered with wire mesh. This seal could therefore unsatisfactory because this seal was high-frequency tight, not but gas and liquid tight. According to another known solution to the problem a rubber sealant with conductive particles therein is used. This seal has proven to be well gas-tight, but was with regard to it High-frequency sealing properties unsatisfactory.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung zu schaffen, die nur aus einem einzigen Körper besteht, der sowohl die Gas- als auch die Hochfrequenzdichtung bewirkt, und nicht die beschriebenen Nachteile der bekannten einstückigen Dichtungen aufweist. Damit bezieht sich die Erflndung auf eine Dichtung der eingangs bezeichneten Gattung und besteht zur Lösung der gestellten Aufgabe im wesentlichen darin, daß der Dichtungskörper aus Indium oder einer Indiumlegierung mit hohem Indiumanteil besteht. Die Erfindung nutzt dabei den physikalischen Effekt aus, daß reines Indium oder Indiumlegierungen mit hohem Indiumanteil unter Druck sich mit den unter Druck angreifenden Flächen benetzen und bei Nachlassen des Druckes an den benetzten Stellen wieder in festen Aggregatzustand übergehen. Dieses Phänomen hat eine gewisse Ähnlichkeit mit der bei Wasser bzw. Eis bekannten Regelation. Durch diesen Effekt wird die gasdichte Wirkung erzielt, während Indium als Metall und damit elektrischer Leiter als Hochfrequenz-Dichtungsmittel wegen seiner Leitfähigkeit brauchbar ist. Indium hat den weiteren Vorteil, daß es gegenüber Oxydation und Korrosion nahezu ebenso unempfindlich ist wie ein Edelmetall. Indium ist ferner weich, so daß eine aus Indium bestehende Dichtung sich leicht den Konturen der Dichtflächen anpassen kann.The invention is based on the object of creating a seal which only consists of a single body, which is both the gas and the radio frequency seal causes, and not the disadvantages of the known one-piece seals described having. The invention thus relates to a seal of the type mentioned at the beginning Genus and consists in solving the problem essentially that the sealing body made of indium or an indium alloy with a high proportion of indium consists. The invention uses the physical effect that pure indium or indium alloys with a high indium content under pressure with those under pressure Wet the attacking surfaces and, when the pressure is released, the wetted areas go back to the solid state of aggregation. This phenomenon bears a certain resemblance with the regulation known from water and ice. This effect makes the gas tight Effect achieved while indium as a metal and thus electrical conductor as a high-frequency sealant is useful because of its conductivity. Indium has the further advantage that it is is almost as insensitive to oxidation and corrosion as a noble metal. Indium is also soft, so that a gasket made of indium is easy to move can adapt to the contours of the sealing surfaces.

Bei Verwendung einer Indiumlegierung als Dichtungsmittel im Sinne der Erfindung verwendet man zweckmäßig eine Legierung mit mindestens 50 % Indiumanteil. Indium-Zinn-, Indium-Blei- und Indium-Silber-Legierungen haben sich zur Durchführung der Erfindung bewährt.When using an indium alloy as a sealant in the context of the invention, it is expedient to use an alloy with at least 50 % indium. Indium-tin, indium-lead and indium-silver alloys have proven useful for carrying out the invention.

Zweckmäßig hat der Dichtungskörper vor dem Einbrin-en zwischen die beiden Flächen die Gestalt eines Bandes. Dabei ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß in einer der beiden Flächen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Dichtung gas-, flüssigkeits- und hochfrequenzdicht verbunden werden sollen, eine Nut von solchem Querschnitt ausgebildet ist, daß der Dichtungskörper beim Andrücken der anderen Fläche in Richtung auf die mit der Nut versehene teilweise nach Art einer Gummidichtung in diese Nut hineingepreßt wird. Dabei wählt man zweckmäßig eine Nut von trapezartigem Querschnitt.The sealing body expediently has between the both surfaces have the shape of a band. Here, according to a further advantageous Formation of the invention provided that in one of the two surfaces with the help the seal according to the invention connected gas, liquid and high frequency tight are to be formed, a groove of such a cross section that the sealing body when pressing the other surface in the direction of the one provided with the groove partially is pressed into this groove in the manner of a rubber seal. One chooses expediently a groove of trapezoidal cross-section.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Behälter oder ein Gehäuse für Mikrowellenbauteile mit der erfindungsgemäßen Dichtung in teilweise zusammengebautem Zustand, F i g. 2 einen der F i g. 1 ähnlichen Querschnitt durch das Gehäuse in ganz zusammengebautem Zustand, F i g. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der Anordnung nach F i g. 2, F i g. 4 einen Schnitt durch eine Antenne, welche eine Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, und F i g. 5 einen vergrößerten Teilschnitt von F i g. 4. In F i g. 1 ist ein abgedichtetes Gehäuse 10 für elektronische Anwendungszwecke veranschaulicht. Das Gehäuse besteht aus einem mit einer Aussparung versehenen Bodenteil 11 und einem im wesentlichen ebenen Deckel 12, die zusammen einen Hohlraum 13 bilden, der ein zur Erzeugung oder Fortleitung von Hochfrequenzenergie dienendes Gerät enthält. Bei dem dargestellten Beispiel enthält der Hohlraum 13 ein Bandleitersystern für Mikrowellen, das zwei aus dielektrischem Material bestehende Beläge 14 und 15 aufweist, die ihrerseits einen dünnen, in der Mitte angeordneten Leiterstreifen 16 umschließen. Die Beläge 14 und 15 weisen äußere leitende Überzüge 20 und 21 auf, die als geerdete ebene Flächen für das Bandleitersystem dienen. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Dichtung können noch günstiger der Boden 22 des Hohlraumes 13 und die Unterseite 24 des Deckels 12 die Funktion der Beläge oder Überzüge 20 und 21 übernehmen.Further advantages and details of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. 1 shows a cross section through a container or a housing for microwave components with the seal according to the invention in a partially assembled state, FIG. 2 one of the F i g. 1 similar cross-section through the housing in the fully assembled state, FIG. 3 shows an enlarged partial section of the arrangement according to FIG. 2, Fig. 4 shows a section through an antenna having a seal according to the present invention, and FIG. 5 shows an enlarged partial section of FIG. 4. In Fig. 1 , a sealed housing 10 for electronic applications is illustrated. The housing consists of a bottom part 11 provided with a recess and an essentially flat cover 12, which together form a cavity 13 which contains a device which is used to generate or transmit high-frequency energy. In the example shown, the cavity 13 contains a stripline system for microwaves, which has two coverings 14 and 15 made of dielectric material, which in turn enclose a thin conductor strip 16 arranged in the middle. The pads 14 and 15 have outer conductive coatings 20 and 21 which serve as grounded flat surfaces for the stripline system. When using the seal according to the invention, the bottom 22 of the cavity 13 and the underside 24 of the cover 12 can take over the function of the coverings or coverings 20 and 21 even more favorably.

Der Deckel 12 ist mittels einer Anzahl Schrauben 25 am Teil 11 befestigt. Die Schrauben 25 weisen zum Hohlraum 13 hin einen Abstand auf, so daß für eine Nut 26 Platz ist. Die Nut 26 weist im Querschnitt vorzugsweise die Gestalt eines umgekehrten Trapezes auf und erstreckt sich rings um den Umfang des Hohlraumes. In der Nut liegt ein aus einem weichen Metall bestehendes Band 30, das beispielsweise runde Querschnittsform aufweisen kann und größeres Volumen als der Kanal oder die Nut aufweist. Das Band besteht aus reinem Indiummetall oder einer weichen Indiumlegierung. In F i g. 1 ist der Deckel 12 in einer etwas angehobenen Stellung dargestellt, in der das Indiumband 30 noch nicht verformt ist, so daß seine relative Größe im Vergleich zur Nut erkennbar ist.The cover 12 is fastened to the part 11 by means of a number of screws 25. The screws 25 are at a distance from the cavity 13 , so that there is space for a groove 26. The groove 26 is preferably in the shape of an inverted trapezoid in cross section and extends around the circumference of the cavity. In the groove there is a band 30 made of a soft metal, which can for example have a round cross-sectional shape and has a larger volume than the channel or the groove. The band is made of pure indium metal or a soft indium alloy. In Fig. 1 the cover 12 is shown in a slightly raised position in which the indium strip 30 is not yet deformed, so that its relative size in comparison to the groove can be seen.

F i g. 2 zeigt die in F i g. 1 veranschaulichte Anordnung in vollständig zusammengebautern Zustand, wobei die Schrauben 25 angezogen sind und das Indiumband 30 zusammengedrückt und verforint ist, so daß es mit den die Nut 26 begrenzenden Wänden und der Unterseite 24 des Deckels 12 in innigem Kontakt steht. Die Indiumdichtung füllt den Kanal 26 aus, und das überschüssige Material wird in die zwischen dem Körper 11 und dem Deckel vorhandenen Spalte getrieben, so daß eine breite, über die Kanten der Nut 26 hinausgehende Fläche des Deckels von der Dichtung berührt wird.F i g. 2 shows the in FIG. 1 in the fully assembled state, with the screws 25 tightened and the indium ribbon 30 compressed and deformed so that it is in intimate contact with the walls defining the groove 26 and the underside 24 of the lid 12. The indium seal fills the channel 26 and the excess material is forced into the gaps between the body 11 and the cover so that a wide area of the cover extending beyond the edges of the groove 26 is contacted by the seal.

Die Dichtung verhindert einen Durchtritt von Hochfrequenzenergie zwischen dem Hohlraum 13 und der äußeren Umgebung des Gehäuses, da über das verformte Indiumband eine fortlaufende, leitende Berührung vorhanden ist. Obwohl die durch den Druck hervorgerufene Berührung zwischen den starren Gehäuseteilen und einer verformbaren Dichtung zur Verhinderung eines Durchtritts von Hochfrequenzenergie ausreichen würde, würde sich dadurch noch keine ausreichende Druck- oder Feuchtigkeitsabdichtung für das Gerät ergeben, wenn das Dichtungsmaterial nicht die Eigenschaft hätte, die berührten Oberflächen zu benetzen und sich mit diesen Oberflächen wirklich zu verbinden. Reines Indium (99,97 %) und die Blei-, Silber- oder Zinnlegierungen von Indium mit einem Gehalt von etwa 50 % oder mehr Indium weisen die Eigenschaft auf, daß sie sowohl Metalle als auch einige Nichtmetalle leicht benetzen, wenn sie beim Lötvorgang mittels Hitze, in reibender Weise (wie beispielsweise mittels einer Spachtel) oder, wie im vorliegenden Fall, durch Druckanwendung und leichtes Herausquetschen aufgebracht werden. Diese Eigenschaft von Indium und Indiumlegierungen macht sich die Erfindung zunutze.The seal prevents the passage of high frequency energy between the cavity 13 and the external environment of the housing, since there is a continuous, conductive contact via the deformed indium band. Although the contact between the rigid housing parts and a deformable seal caused by the pressure would be sufficient to prevent the passage of high-frequency energy, this would not provide an adequate pressure or moisture seal for the device if the sealing material did not have the property of the surfaces in contact to wet and really connect with these surfaces. Pure indium (99.97 %) and the lead, silver or tin alloys of indium with a content of about 50 % or more indium have the property that they easily wet both metals and some non-metals when they are soldered by means of Heat, in a rubbing manner (such as by means of a spatula) or, as in the present case, by applying pressure and gently squeezing it out. The invention makes use of this property of indium and indium alloys.

Eine Anwendungsforin der Erfindung als wettersichere Abdichtung und als Sperre für den Austritt von Hochfrequenz ist in F i g. 4 am Beispiel einer Antenne dargestellt. Die Antenne weist ein Hornteil 40 aus gegossenem oder gespritztem Metall, wie beispielsweise Aluminium, auf, in dessen Brennpunkt ein geschlitzter Hohlleiterstrahler 41 angeordnet ist. Eine aus dielektrischem Material bestehende Kuppel 43 verlängert die Flanschteile 42 und umschließt die Vorderfläche. Die Kuppel ist an der Außenseite 45 metallisiert, wobei diese metallisierte Oberfläche die Verlängerung zum Flansch 42 bildet und dadurch die wirksame Länge der Hornanordnung vergrößert. Ein etwa 0,25 mm starker Belag aus Indiuminetall verbindet die metallisierte Oberfläche der Kuppel 43 mit dem Aluminiumflansch 42, so daß sich ein nicht unterbrochener, leitender Kontakt zwischen beiden ergibt (vgl. die vergrößerte Ansicht der F i g. 5). Für die mechanische Festigkeit an der Verbindungsstelle sorgen mit Rücksprüngen versehene Befestigungsmittel 46, die auf das Indium Druckkräfte ausüben, so daß das Indium sowohl das aus Aluminium bestehende Horn als auch den Metallüberzug der Kuppel benetzt.One application of the invention as a weatherproof seal and as a barrier to the escape of high frequency is shown in FIG. 4 using the example of an antenna. The antenna has a horn part 40 made of cast or injection-molded metal, such as aluminum, for example, in the focal point of which a slotted waveguide radiator 41 is arranged. A dome 43 made of dielectric material extends the flange portions 42 and encloses the front surface. The dome is metallized on the outside 45, this metallized surface forming the extension to the flange 42 and thereby increasing the effective length of the horn arrangement. An approximately 0.25 mm thick coating of indium metal connects the metallized surface of the dome 43 with the aluminum flange 42, so that there is an uninterrupted, conductive contact between the two (cf. the enlarged view of FIG. 5). The mechanical strength at the connection point is provided by recessed fastening means 46 which exert compressive forces on the indium, so that the indium wets both the aluminum horn and the metal coating of the dome.

Claims

Claims-1. Seal for producing a gas, liquid and high-frequency-tight connection between two surfaces of electrical conductors, consisting of a sealing body made of soft material, deformed between the two surfaces by pressure acting essentially perpendicular to them, characterized in that the sealing body (30, 46 ) consists of indium or an indium alloy with a high proportion of indium.

2. Seal according to claim 1, characterized in that the sealing body (30, 46) contains at least 50% indium. 3. Seal according to claim 1, characterized in that the sealing body (30, 46) consists of an indium-tin alloy, an indium-lead alloy or an indium-silver alloy. 4. Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing body has the shape of a band before being introduced between the two surfaces. 5. A seal according spoke 4, characterized in that a groove of such a cross-section is formed in one of the two surfaces that the sealing body when applying pressure to the other surface in the direction of the grooved partially in the manner of a Gunimidichtung in the Groove is pressed into it. 6. Seal according to claim 5, characterized in that the groove (26) is of trapezoidal cross-section.