CN107113922A - 具有改善的耐用性的电加热元件和接触装置 - Google Patents

Abstract

在本发明的范围内开发一种电加热元件(1)，所述电加热元件包括电绝缘基体(11)，热导体(12)嵌入到该基体中。至少两个馈入导线(13a、13b)从所述热导体(12)引导至接触点(+、‑)，其中，所述接触点(+、‑)能够通过齐平贴靠的接触器件(14a、14b)与在所述基体(11)外部布置的电流源(15、15a)连接。根据本发明，至少一个第一馈入导线(13a)在第一接触点(+)的位置上以在5°和80°之间、优选40°与50°之间的角度倾斜，所述第一馈入导线被引导至该第一接触点。可看出，由此能够针对所述第一接触点(13a)与所述接触器件(14a)的连接建立限定的机械止挡部。由此可能的是，通过机械压紧保持所述接触点(13a)与所述接触器件(14a)的连接。所述连接存在并且不再涉及钎焊连接部和熔焊缝的持久性。同样要求保护由根据本发明的加热元件(1)和专门构型的接触器件(14a、14b)组成的组件，其特征在于，由于热导体(12)与接触器件(14a、14b)之间连接的改善，疲劳强度尤其在频繁的温度循环中显著提高。

Description

具有改善的耐用性的电加热元件和接触装置

技术领域

本发明涉及一种电加热元件以及由这种加热元件和附属的接触器件组成的组件。

背景技术

在柴油发动机启动时必须克服如下障碍，即燃烧室还是冷的并且难以达到燃料空气混合物的自燃温度。因此，使用电热塞来促进启动，该电热塞电预热所述燃烧室。这种电热塞例如由EP 1 328 138 A1、JP 4310565 B2、EP 1 768 456 B1、WO 2014/064279 A1和WO2010/071049 A1公知。

所述预热以前需要几分钟，而现在在启动前只需要几秒钟的等待时间。这能够由此实现：根据上述文献，能够以每秒几百开尔文的速率加热陶瓷电热塞并且在几秒钟后达到1000℃以上的温度。

电热塞包含电加热元件，该电加热元件为了运行需要通向车辆电池的正极的馈入导线和通向负极的馈入导线。通常提供用于负极的馈入导线，其方式是，在电加热元件的外周上设置相应的接触点。加热元件沿着该外周夹紧到电热塞上的支架中，而该支架与车辆实体并且因此也与电池负极连接。与电池正极的连接明显更难构型。已经表明，电热塞失效的一大部分不是由于加热元件本身的故障引起，而是由于与电池正极的连接的中断引起。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种电加热元件，该电加热元件与电流源的接触比根据至今的现有技术的接触更可靠。

根据本发明，该任务通过根据本发明的主要权利要求所述的电加热元件以及通过由这种加热元件和根据并列权利要求所述的附属的接触器件组成的组件来解决。其他有利构型分别由引用所述主要权利要求和并列权利要求的从属权利要求得出。

在本发明的范围内发展了一种电加热元件，该电加热元件包含电绝缘的基体，热导体嵌入到该基体中。至少两个馈入导线从热导体引导至接触点，其中，这些接触点可以通过齐平贴靠的接触器件与布置在基体外部的电流源连接。

根据本发明，至少一个第一馈入导线在第一接触点(该第一馈入导线被引导至该第一接触点)的位置上以在5°和80°之间、优选30°和50°之间的角度倾斜。

已看出，由此能够针对第一接触点与接触器件的连接建立限定的机械止挡部。由此可能的是，通过机械压紧保持接触点与接触器件的连接。

根据现有技术，所述连接需要由与热导体或馈入导线相比不那么耐高温的材料构成的熔焊缝或钎焊点。在电热塞的运行中出现高温和极快速的温度波动的情况下，所述熔焊缝或钎焊连接部已经被证实为薄弱点。通过消除这些薄弱点的方式改善了所述连接的可靠性。

通过能够以压紧保持接触点与接触器件之间的连接的方式，所述连接是自对心并且自修复的。如果由于基体和接触器件的不同热膨胀系数出现接触点与接触器件之间的相对运动，那么该运动在消除其起因之后自动地复位。现有技术的钎焊连接部和熔焊缝可能在热应力的情况下并且尤其在重复温度循环的情况下恶化，但是不再改善。

此外，也通过倾斜的接触点使在加热加热元件时产生的热应力部分地转向，从而减小接触点与接触器件的连接中断的趋势。

接触点与接触器件之间的连接不必仅通过压紧保持。所述连接例如可以附加地通过钎焊或接触区域的局部融化来确保。如果采用所述方法，则也可以替代地完全放弃压紧。

接触器件能够以任意方式与电流源的电极或与从所述电极出发的馈入导线连接，例如通过熔焊、钎焊或接触区域的局部融化。

所述馈入导线不必沿着一个平面倾斜。所述馈入导线的截面(所述馈入导线沿着该截面倾斜)也可以是弯曲的。所述馈入导线尤其可以沿着锥形外壳走向。例如当具有嵌入其中的馈入导线的基体被锥形切割时，产生这种截面。

至少所有根据至今的现有技术也已经使用的材料适合用于基体、热导体、馈入导线和接触器件。基体尤其可以是陶瓷。

根据本发明的加热元件不必一定从头开始重新制造。也可以将根据现有技术的加热元件改装成根据本发明的加热元件。对此，加热元件例如可以设有斜面，在那里施加接触点并且使所述接触点与存在的馈入导线连接。因此，在本发明的特别有利的构型中，所述接触点中的至少一个接触点通过至少部分在基体外部走向的能导电的桥与馈入导线连接。所述桥例如可以通过金属引脚、基体的表面上的金属化或者也可以通过钎焊连接来实现。

有利地，基体至少在两个接触点之间的区域的一部分中柱形构造。特别有利地，所述柱体是圆柱体。该形状不仅是旋转对称的，而且能以最简单的方式机械加工。但是所述柱体例如也可以具有多边形横截面。

在本发明的特别有利的构型中，基体的柱形构造的区域进入到锥体或截锥体中。第一接触点在锥体或截锥体的外壳区域中布置，使得热导体可以在引导经过所述外壳的路径上与电流源连接。在此，所述锥体不必具有圆形底面，而是也可以明确地具有多边形底面，从而该椎体的外壳具有棱边。

基体的构造为椎体或截椎体的区域一方面能够例如通过车削加工特别简单地机械制造。另一方面，该区域能够以特别简单的方式实现接触点与接触器件之间自对心的连接。

有利地，至少一个第二接触点在所述区域的外壳区域中布置，在所述区域中，基体柱形地构造。热导体可以在引导经过外壳的路径上与电流源连接。这种接触点可以与接触器件特别简单地连接。例如足够将柱形基体配合准确地夹紧到柱形保持装置中。

在本发明的特别有利的构型中，加热元件构造为用于车辆发动机的点火辅助装置。在那里，关于针对高温和极端温度波动的抵抗力的要求特别高。在这种环境中，接触点与接触器件之间的较稳固的连接最容易引人注意。

由根据本发明的电加热元件和附属的接触器件构成的有利的第一组件使用布置在车辆发动机的汽缸上的、与车辆实体连接的柱形插座作为接触器件。通过将柱形基体插入到柱形的插座中建立与接触点的连接，该接触点布置在基体的柱体外壳区域中。那么针对加热元件与电池的负极的连接不必在车辆中敷设附加的馈入导线。此外，可以使用插座，以便将多余的热量从加热元件中传输走。仅在电热塞的朝向车辆发动机汽缸中的燃烧室的端部上需要特别高的温度。与此相比，这些热量在柱形基体的另一端部上是不期望的，在该另一端部上布置有接触器件。

在本发明的特别有利的构型中，所述组件包括作为接触器件的环绕套管，该套管可以支撑在第一接触点上。该套管尤其可以在插座内部延伸，电加热元件可以插入到该插座中。由加热元件散发的热量不仅根据期望地辐射到加热元件的周围环境中，而且同时通过热传导也耦入到两个馈入导线(正极和负极)中。环绕套管使得能够在特别小的结构体积中安置大的横截面来导出热量。此外，这种套管特别适合将接触点自对心地装配到接触器件上。所述连接例如能够通过在加热元件与接触器件之间施加预紧力来保持。

有利地，接触器件构造为用于将法向力施加到第一接触点上的弹簧元件。以这种方式可以允许接触器件与接触点之间的相对移动，而同时随时保证电接触。因此尤其可以承受基体的热膨胀，而不中断与电流源的电接触。为了该目的，接触器件例如可以构造为栅格或网，所述栅格或网尤其可以是可伸展的。

有利的，接触器件为了与第一接触点的连接以可通过与基体的过盈配合塑性变形的方式构造。这种过盈配合能够实现接触点与接触器件之间的特别高的压紧力，这提高了连接的稳定性。

有利地，接触器件具有用于接收由于基体热膨胀而产生的力的伸展补偿区域。那么热膨胀不再必然导致，基体与接触器件之间的压紧力和由此接触器件与接触点之间的连接质量由于经常的加热和冷却而持续地削弱。

下面参照附图结合对本发明的优选实施例的描述详细示出改善本发明的其他措施。

在本发明的另一特别有利的构型中，至少部分由接触器件围起的空间填充以绝热材料。所述空间不必只由接触器件围起。基体或电流源的电极或从这种电极出发的馈入导线例如也用于围起，接触器件安装在该馈入导线上。该绝热减少到电极、馈入导线或者电极或馈入导线与接触器件的连接部上不期望的热量输入。

除了空气或真空例如也适合作为绝热材料的是：

-由金属、碳或陶瓷或其他类型的实心或空心颗粒构成的粉末；

-硅树脂或氰酸酯；

-由碳、陶瓷或金属构成的多孔或蜂窝结构，例如泡沫；

-或者所述材料的组合。

下面参照附图结合对本发明的优选实施例的描述详细示出改善本发明的其他措施。

附图说明

附图示出：

图1电加热元件在根据现有技术的车辆发动机的汽缸上的布置；

图2根据本发明的加热元件的实施例，该加热元件具有锥形渐缩的基体和环绕套管作为接触器件；

图3由锥形渐缩的加热元件和具有伸展补偿区域的接触器件组成的组件；

图4由锥形渐缩的加热元件和弹簧元件作为接触器件组成的组件，和

图5将根据现有技术的加热元件改装成根据本发明的加热元件。

具体实施方式

图1a示出用于促进车辆发动机的汽缸2的启动的加热元件1的原理性使用。加热元件1被引导经过在汽缸2的壁2a中的孔直到燃烧室2e中。空气可以通过进气阀2b吸入到燃烧室中。燃烧气体可以通过排气阀2c排出。喷射器2d以微小的液滴供给柴油燃料。如果活塞2f在燃烧室2e中向上移动，那么燃料空气混合物被压缩并且在此变热，使得该燃料空气混合物自点燃。在启动阶段，如果汽缸2的壁2a还是冷的，自点燃通过借助于封装到电热塞中的加热元件1的预加热来促进。

图1b表明了加热元件1的电接触和内部结构。加热元件由基体11构成并且包含热导体12，馈入导线13a和13b从该热导体出发。馈入导线13a引导至第一接触点+，该第一接触点+通过钎焊连接与接触器件14a连接。馈入导线13b通过基本上呈柱形的基体11的外壳面与第二接触点-连接。与车辆实体连接并且所述基体能够配合准确地插入其中的金属插座14b作为用于接触点的接触器件使用。两个接触器件14a和14b与电流源15连接。

图2示出本发明的一实施例，在该实施例中，锥形渐缩的基体11通过作为对此相对应的接触器件14a的环绕套管与电流源15的正极15a连接。基体11具有区域11a，在该区域中所述基体构造为倒圆部或截锥体。在电热塞中运行时，所述区域布置在燃烧室2e中。区域11b沿着基体11的纵轴线与区域11a衔接，在所述区域11b中，基体圆柱形地构造。从属于馈入导线13b的接触点-布置在所述区域11b中。通过使基体11配合准确地插入到与车辆实体连接的插座14b中的方式，接触点-与电流源15(车辆电池)的负极连接。

区域11c与11b衔接，在该区域11c中，基体构造为截锥体。馈入导线13a进入接触点+中，该接触点+位于所述截锥体11c的外壳面上并且因此倾斜。环绕套管14a支撑在截锥体11c的外壳上并且因此也支撑在接触点+上。所述套管与所述插座14b同心地延伸。套管14a通过钎焊、熔焊、楔紧或压入与电流源15的正极15a连接。为了保护该接触点免受由于加热元件1而产生的过度热作用，正极15a与截锥体11c之间的套管14a内部填充以填充材料14a1来改善导热能力。填充材料14a1由粉末或多孔体构成，该多孔体构造为金属、陶瓷或者由金属和陶瓷组成的混合物。

图3示出伸展补偿区域到图2中示出的实施例中的集成。伸展补偿区域14a2布置在截锥体11c和正极15a之间的环绕套管14a上。如果长形的基体11热膨胀，则伸展补偿区域14a2接收在此产生的力。如果基体11再次冷却，则伸展补偿区域14a2弹回，从而保持套管14a与接触点+之间的预紧力。接触点-如在前面的实施例中那样通过插座11b与车辆实体连接，并且因此也与电流源的负极连接。

图4示出锥形渐缩的加热元件1与构造为弹簧元件14a3的接触器件14a的组合。弹簧元件14a3具有钳嘴14a4，该钳嘴能够逆着弹簧力压到弹簧元件14a3的内部。电流源15的正极15a从左边压向钳嘴14a4，从而在没有钎焊的情况下已经得到与接触器件14a的连接。但是该连接例如可以通过钎焊或熔焊进一步固定。加热元件1以锥形渐缩的基体11从右边压向钳嘴14a4，从而弹簧力施加法向力到基体11端部上的截锥形外壳上的接触点+上。基体11的柱形外壳上的接触点-如在前面的实施例中那样通过将基体插入到与车辆实体连接的金属插座14b中来与该插座接触。弹簧元件14a3的内室填充以填充材料14a1，以便避免到正极15a上的热传递。

图5示出将根据现有技术的加热元件1改装为根据本发明的加热元件1。基体11的左端部(区域11c)在改装前与邻接的区域11b同样为柱形的。馈入导线13a在区域11c中在柱体的中心轴线中出现在表面上。

为了改装，首先在区域11c中将柱体形状磨成截锥体。在截锥体的外壳上通过施加金属化建立新的接触点+。该接触点+通过金属桥16与从截锥体的中心轴线出现的馈入导线13a连接。环绕套管14a作为接触器件支撑在截锥体的外壳上，并且由此也支撑在新的接触点+上。所述套管通过钎焊连接与电流源的正极15a连接。从属于馈入导线13b的第二接触点-通过插座14b与车辆实体连接，基体11插入该插座中。由此电路闭合。

Claims (12)

1.电加热元件(1)，包括电绝缘基体(11)以及至少两个馈入导线(13a、13b)，热导体(12)嵌入到该基体中，所述至少两个馈入导线从所述热导体(12)引导至接触点(+、-)，其中，所述接触点(+、-)能够通过齐平贴靠的接触器件(14a、14b)与在所述基体(11)外部布置的电流源(15、15a)连接，其特征在于，至少一个第一馈入导线(13a)在第一接触点(+)的位置上以在5°和80°之间、优选40°与50°之间的角度倾斜，所述第一馈入导线被引导至该第一接触点。

2.根据权利要求1所述的电加热元件(1)，其特征在于，所述接触点(+)中的至少一个接触点通过至少部分在所述基体(11)外部延伸的导电桥(16)与一个馈入导线(13a)连接。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的电加热元件(1)，其特征在于，所述基体(11)至少在两个所述接触点(+、-)之间的区域的一部分中柱形地(11b)构造。

4.根据权利要求3所述的电加热元件(1)，其特征在于，所述基体(11)的柱形构造的区域(11b)进入到锥体或截锥体(11c)中并且所述第一接触点(+)布置在所述锥体或截锥体(11c)的外壳区域中，使得所述热导体(12)能够在引导经过所述外壳的路径上与所述电流源(15、15a)连接。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的电加热元件(1)，其特征在于，至少一个第二接触点(-)布置在所述柱形区域(11b)的外壳区域中，使得所述热导体(12)能够在引导经过所述外壳的路径上与所述电流源(15、15a)连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电加热元件(1)，其特征在于，所述电加热元件构造为用于车辆发动机的点火辅助装置。

7.包括根据权利要求6所述的电加热元件(1)以及至少一个附属的接触器件(14a、14b)的组件，其特征在于，所述接触器件(14b)是布置在所述车辆发动机的汽缸(2)上的、与车辆实体连接的柱形插座，所述电加热元件(1)能够插入到该插座中。

8.包括根据权利要求1至6中任一项所述的电加热元件(1)以及至少一个附属的接触器件(14a)的组件，其特征在于，所述接触器件(14a)是环绕套管，该套管能够支撑在所述第一接触点(+)上。

9.包括根据权利要求1至6中任一项所述的电加热元件(1)以及至少一个附属的接触器件(14a)的组件，其特征在于，所述接触器件(14a)构造为弹簧元件(14a3)，用于施加法向力到所述第一接触点(+)上。

10.包括根据权利要求1至6中任一项所述的电加热元件(1)以及至少一个附属的接触器件(14a)的组件，其特征在于，所述接触器件(14a)为了与所述第一接触点(+)连接而以能通过与所述基体(11)的过盈配合塑性变形的方式构造。

11.包括根据权利要求1至6中任一项所述的电加热元件(1)以及至少一个附属的接触器件(14a)的组件，其特征在于，所述接触器件(14a)具有用于接收由于所述基体(11)的热膨胀而产生的力的伸展补偿区域(14a2)。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的组件，其特征在于，至少部分地由所述接触器件围起的空间填充以导热材料。