CN108633113A - 具有绝缘体的电气装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电气装置(100，200)，其具有管状金属护套(110，210，250，260)和绝缘体(120，160，220，251，261)，所述绝缘体(120，160，220，251，261)布置在所述管状金属护套(110，210，250，260)内部，并且至少一个隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)穿过所述绝缘体(120，160，220，251，261)，其中第一电导体(131，132，171，172，213)的至少一个部段(131a，132a，171a，172a)布置在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中，其中，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面几何形状偏离圆形。

Description

具有绝缘体的电气装置
技术领域
本发明涉及一种具有专利权利要求1前序部分中所述特征的电气装置。
背景技术
这样的电气装置包括例如护套热电偶和电加热筒，其中，热电偶线脚或电加热元件的部段，尤其是电阻线，在布置于管状金属护套内部的缠绕主体的孔，即具有圆形横截面的隧道状开口中延伸并且也可以间接地或直接地连接到在这些孔的内部的连接导线或连接线。
实践中看到，这种长期建立的结构形式越来越不能满足对这种电气装置，尤其是电加热装置日益增长的要求，并且达到其极限。例如，需要在越来越小的空间内容纳不断增加的加热输出，而不会损害可靠的功能。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有改进构造的电气装置，利用该电气装置可以比以前更好地利用可用于安装的空间和/或提高电气装置的可靠性。
该目的是通过具有专利权利要求1的特征的电气装置来完成的。本发明的有利变形是从属权利要求的主题。
根据本发明的电气装置具有管状金属护套和绝缘体，所述绝缘体布置在所述管状金属护套内部，并且至少一个隧道状开口穿过所述绝缘体，其中，第一电导体的至少一个部段布置在所述隧道状开口中。
为了清楚起见，注意到，管状金属护套不一定必须具有圆形横截面，而是该横截面可以自由选择。
术语“隧道状开口”在此被定义为从一个端面到另一个端面穿过绝缘体的开口，即基本上在所述管状金属护套延伸的方向上。一个实例例如是在从现有技术已知的电气装置中穿过所述绝缘体的孔；但是，与孔的强制圆形横截面相反，隧道状开口的横截面是可自由选择的。
本发明也正是为此而设计的，因为基本上根据本发明，隧道状开口的横截面几何形状偏离圆形。这种措施尤其可以通过使用挤压方法来实现，也可以通过陶瓷的注射成型来实现，这种措施使得在给定构件几何形状的情况下可以更好地利用可用空间，并且可以对促进布置在隧道状开口内部的电导体部段的准确定位做出重大贡献。
发明人认识到，迄今为止常见的，圆形横截面的孔作为隧道状开口带来了许多缺点，这些缺点的相关性根据特定的应用而变化。
只有在最罕见的情况下，其中电气装置的可能横截面积由可用于安装的空间预先定义，具有圆形横截面的孔才适于能够使用尽可能大的导体横截面。然而，为了能够以低损耗和低负载传输高电流，该导体横截面是符合期望的。
此外，有时会形成不加热的区域，因此在预定义最大尺寸的情况下，能够容纳最大导体横截面是重要的。经常发生的是，根据特定的几何形状，根据现有技术可得到的横截面在这种情况下也不够大，并且能够被根据本发明的构造容易地超越。
由于隧道状开口构造为具有圆形横截面的孔而产生的面积，在可用于安装的空间由于仅在一个维度中使用而受到限制的情况下，通常尤其大。
由于圆形横截面表示对于给定的面积具有最小周长的几何形状，尽可能多地填充仅肯能大的圆形孔的导体部段同样具有圆形横截面。但是，与具有相同横截面积而具有不同横截面形状的导体的情况相比，这导致更高的表面负荷。
这一发现可以直接应用于其中到目前为止缠绕电阻线被布置在构造成具有圆形横截面的孔的隧道状开口中的电气装置。在横截面面积相同的情况下，偏离圆形几何形状的形状使得可以使用每匝更大的加热线长度，并因此在最大匝数由电气装置预定义的长度预定义的情况下具有更高的热输出，因为容纳了更多的电阻线。
在开口应填充有电绝缘体例如氧化镁的情况下，可以使隧道状开口的横截面与圆形横截面的偏离，例如将加热线线圈固定在空间中，以及构造成填充开口并且促进填料的滴入来避免填充问题。
在许多情况下，通过根据本发明的横截面的实施例也可以减少接触问题。例如，如果两个不同导体的部段必须布置在孔内，则它们在孔中的位置由于它们横截面的对称性而不能被明确地预定义。然后如果例如进行压接触，则孔中位置上的这种差异可能导致在如此建立的接触的特性上的显着差异，尤其是关于接触的接触电阻。
例如，第一电导体可以是热电偶的热电偶线脚或电加热元件，例如电阻线，并且第二电导体可以是与第一电导体连接的连接线。而且在这些应用中，可以有利地使用本发明，因为在这里由隧道状开口的横截面预定义的定位经常起着至关重要的作用。
特别优选的是，在该连接中如果所述隧道状开口的横截面几何形状与布置在所述隧道状开口中的导体部段的横截面几何形状适配，该适配尤其有利的，使得布置在所述隧道状开口中的所述导体部段被定位和/或被固定。结果，将发生有利的预先定位，该预先定位导致了电特性以及导体部段彼此连接的最终几何布置的高再现性，该连接尤其通过压制或在压制期间建立。
在该变形的变形中，由于所述隧道状开口的横截面几何形状与布置在所述隧道状开口中的所述导体部段的横截面几何形状如此适配，使得定位和/或固定在所述隧道状开口中的所述导体部段基本上以彼此无间隙的方式布置的事实，能够使得在电气装置制造期间向电气装置填充绝缘体粉末时，防止绝缘体粉末在要彼此接触的导体部段之间滑动。
如果所述隧道状开口的横截面具有圆弧或扇形部段，用于接收和固定所述第一电导体的具有圆形横截面的部段和/或所述第二电导体的具有圆形横截面的部段，特别可以实现相应导体的准确再现的可定位性。
如果所述隧道状开口的横截面具有矩形部段，用于接收和固定所述第一电导体的具有矩形横截面的部段和/或所述第二电导体的具有矩形横截面的部段，对于角形导体几何形状或扁平条也可以实现这一点。
在这里，记住正方形是特殊的矩形是重要的。
所述隧道状开口的横截面具有成角度的(即例如L形或T形)形状或弯曲的形状(例如肾形的形状)，可以有助于最佳利用可用于安装的空间。
还可以优选的是，所述隧道状开口的横截面具有至少一个渐缩的部段。对于实现具有不同横截面的两个导体的预定义定位，这是一种简单的可能性。该渐缩可以例如从右向左或者相反，从上向下或者相反，或者也可以径向从内向外或者从外向内延伸。
所述电气装置可以是例如护套热电偶。作为替代方案，所述电气装置可以是电加热装置，尤其是加热筒或缠绕管筒。这种电气装置可以是例如这样的类别，其中所述电加热装置具有电加热元件，所述电加热元件以至少一些部段的方式缠绕在所述绝缘体的外圆周上并且以至少一些部段的方式突出到所述隧道状开口中；然而也可以如此构造，所述电加热元件完全布置在所述隧道状开口中。
在其中隧道状开口将填充粉末的电气装置中可以特别有利的是，如果隧道状开口的横截面具有用于用粉末(特别是用氧化镁粉末)填充隧道状开口的凹陷部，以显着简化填充操作并提高此操作的工艺可靠性。
如果所述隧道状开口的横截面如此被选择，使得所述横截面的圆周线的长度与所述横截面的面积之比对于给定的安装空间最大化，在以拉伸形式延伸的加热线的情况下，可以减小表面负荷，并且在缠绕加热线的情况下，可以优化加热线的长度以及因此所提供的热输出。
如果所述第一电导体在其横截面具有变化，则是有利的。如果所述隧道状开口的横截面也变化，则是有利的。
附图说明
以下将基于示出示例性实施例的附图更详细地解释本发明。在附图中：
图1a以横剖视图示出了第一加热筒形式的电气装置的示例性实施例；
图1b示出了其上布置有第一导体和第二导体的图1a的示例性实施例的绝缘体；
图1c示出了其上布置有第一导体和第二导体的绝缘体垂直于其延伸方向的横剖视图；
图1d示出了其上布置有电导体的图1a的示例性实施例的内结构的变形；
图1e示出了图1d的绝缘体垂直于其延伸方向的横剖视图；
图2a示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第一变形；
图2b示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第二变形；
图2c示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第三变形；
图2d示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第四变形；
图2e示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第五变形；
图2f示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第六变形；
图2g示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第七变形；
图2h示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第八变形；
图2i示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第九变形；
图2j示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第十变形；
图2k示出了绝缘体垂直于其延伸方向的横截面的第十一变形；
图3a以局部打开图示出了第二加热筒形式的电气装置的示例性实施例；
图3b示出了图3a的示例性实施例垂直于其延伸方向的横截面；
图3c示出了图3a的示例性实施例的第一变形的横截面，以及
图3d示出了图3a的示例性实施例的第一变形的横截面。
具体实施例
图1a示出了作为加热筒来实施的电气装置100，其具有管状金属护套110和绝缘体120，管状金属护套110具有底部111，绝缘体120布置在管状金属护套110的内部并且嵌入在电绝缘材料150例如MgO中。在管状金属护套110位于底部111对面的端部上，电源线133，134被引导通过插头112。还如图1b和1c所示，两个隧道状开口121，122穿过绝缘体120。由电源线133，134的载流导线形成的第一电导体131，132的各个部段131a，132a被接受在隧道状开口121，122中。
第二电导体140，即加热元件，在外部缠绕在绝缘体120上，该第二电导体140的端部140a，140b同样以平行于第一电导体131，132的部段131a，132a延伸的方式穿过隧道状开口121，122并与部段131a，132a电接触，例如通过压力接触。
如图1b和图1c中清楚示出的，隧道状开口121，122的横截面基本上是三角形的，即其具有带圆形顶点的三角形的横截面，所述三角形总是被定向成一个顶点在绝缘体120的径向方向上指向外。在这些顶点的区域中布置有加热元件的端部140a，140b。具有比加热元件大的横截面的载流导线的部段131a，132a与底座接触。因此，隧道状开口121，122的横截面预先定义了被接收在隧道状开口121，122中的第一电导体131，132和第二电导体140的部段的定位，这使得压力接触的工艺可靠性提高。
当与图1e一起查看时，图1d示出了电加热筒的内部结构的变形，该变形特别适用于高电流应用，该电加热筒具有绝缘体160，该绝缘体160具有隧道状开口161，162，由加热筒的接线柱形成的第一电导体171，172的相应部段171a，172a插入到隧道状开口161，162中并穿过隧道状开口161，162。在这些应用中经常会遇到的问题是，将具有最大横截面的接线柱安置在可用于安装的空间中。在这里这可以通过使隧道状开口161，162具有圆弧形横截面，即偏离圆形的横截面来实现。电加热元件173缠绕在绝缘体160的外周上并在触点174，175上与接线柱连接。
为了说明本发明在多个具体安装情况下的高度灵活的可用性，图2a至图2k分别示出了绝缘体300，310，320，330，340，350，360，370，380，390，400的相应横截面，该绝缘体具有隧道状开口301，302，311，312，321，322，331，332，341，342，343，344，351，352，353，354，361，362，371，372，381，382，391，392，401，402，403和404，其中导体305，306，315，316，325，326，335，336，337，345，346，347，355，356，365，366，375，376，377，385，386，395，396，405，406，407，408的部段被接收。例如，可以使用这种构造来使用具有最大横截面的U形拉伸热丝。
应该事先注意的是，不同的图2a至图2k所示的隧道状开口301，302，311，312，321，322，331，332，341，342，343，344，351，352，353，354，361，362，371，372，381，382，391，392，401，402，403和404的组合当然也是可能的。
特别地，尽管绝大多数所示的例子示出了成对的对称配置的隧道状开口301，302，311，312，321，322，331，332，341，342，343，344，351，352，353，354，361，362，371，372，381，382，391，392，401，402，403和404，但不对称组合当然也是可能的。
在图2a的实施例中，隧道状开口301，302的基本上T形的横截面几何形状与每个被构造成扁平条且被接收在隧道状开口301，302中的相应导体部段305，306的横截面几何形状适配。这里，导体306同样被布置并固定在隧道状开口301，302的矩形截面中。
在图2b的实施例中，隧道状开口311，312的横截面总是圆弧形，由此可以提供非常大的可用横截面。
在根据图2c的实施例中，隧道状开口321，322分别具有弯曲的肾形横截面。
在根据图2d的实施例中，隧道状开口331，322的横截面具有成角度的基本形状，该基本形状具有两个彼此成直角指向的矩形部段，被构造成扁平条的相应的导体部段335，337被接收和固定在其中。此外，存在圆弧形部段，该圆弧形部段接收并固定电导体336。例如，可切换的加热筒的两个加热导体335，337可以以可靠的工艺以这种方式与连接线336可靠地接触。
在根据图2e的实施例中存在隧道状开口341，342，其为圆弧形且因此具有径向方向上从外向内渐缩的横截面，并且其中第一导体345的部段和第二导体346的部段分别彼此连接，除隧道状开口341，342外，还存在两个隧道状开口343，344，其被构造成具有圆形横截面的孔，并且其中热电偶的相应热电偶线脚被接收为相应的导体347。
根据图2f的实施例尤其适合于可切换加热筒的另一变形。这里，在具有扇形的且因此在径向方向上从外向内渐缩的横截面的四个隧道状开口351，352，353，354中，第一导体355的第一部段和第二导体356的部段分别彼此连接。
根据图2f的实施例的特征在于，隧道状开口361，362的横截面适配于被构造成扁平条的具有大横截面的电导体365与横截面非常小且是圆形的导体366的连接。由于其中接收并固定相应导体366的隧道状开口361，362的横截面的圆弧形部段，在这种构造的情况下也实现了导体365，366相对于彼此的精确定位，并因此实现了它们彼此电接触的和它们特性的更好的再现性。
根据图2g的实施例具有隧道状开口371，其横截面类似于平行于通过具有圆角的截锥的中轴线的截面并径向向外渐缩。在该开口371中使导体375，376彼此连接。另外，还存在另一个具有圆形横截面的隧道状开口372，例如热电偶可以作为导体377插入到该隧道状开口372中。
根据图2i和2j的实施例示出了各自的具有椭圆形横截面的隧道状开口381，382以及391，392。椭圆形的纵轴总是与相应的电导体385，386以及395，396的横截面适配。
根据图2k的实施例是根据图2f的实施例的不对称变形。这里，在横截面为扇形的且因此在径向方向上从外向内渐缩的两个隧道状开口401，402中，第一导体405的第一部段和第二导体406的部段相应彼此连接，而在横截面为扇形的且因此在径向方向上从外向内渐缩的另外两个隧道状开口403，404中，第一导体407的第一部段和第二导体408的部段相应彼此连接，其中，扇形的尺寸与接收在其中的导体的横截面适配。
图3a和图3b以具有管状金属护套210的第二加热筒200的形式示出了电气装置的示例性实施例，该管状金属护套210具有基本上矩形的外轮廓。
在该管状金属护套的内部布置有具有隧道状开口221的绝缘体220，这里，该隧道状开口221具有带圆角的矩形的形状。第一导体231和第二导体232的部段各自从一侧插入隧道状开口中，这些部段为用于电源的相应的接线柱，并且在这些部段之间电加热元件240延伸，该电加热元件240通常为嵌入到这里未示出的绝缘体中的缠绕加热线。
通过隧道状开口的横截面的矩形构造(该构造因此偏离圆形形状)，不仅确保大的横截面可用于接线柱，从而形成未加热的区域并促进高电流的有效工作，而且由于该措施还可实现每匝更大的加热线长度并因此可实现更高的热量输出。
图3c示出了图3a的示例性实施例的第一变形的横截面，其可用于例如电加热装置，其中，两个接线柱布置在同一侧。绝缘体251相应地被接收在管状金属护套250中，并且绝缘体中的隧道状开口252以U形的方式延伸并具有椭圆形的加热线圈254，该开口又具有基本上矩形的横截面并且接线柱的部段被接收在其中。
在根据图3d的变形中，管状金属护套260具有圆形横截面。布置在管状金属护套260内部的绝缘体261具有隧道状开口262，该隧道状开口262的横截面具有正方形的基本形状262a，该正方形的基本形状262a在正方形的角处分别由扇形部段262b，262c，262d，262e加宽。为了说明，用虚线示出正方形的基本形状262a和扇形部段262b-262e之间的“边界线”。
在正方形的基本形状262a的区域中，第一导体的部段和加热线线圈263布置在隧道状开口262的内部。扇形部段262b-262e支持用具有良好导热性的电绝缘材料(例如，氧化镁)填充隧道状开口262。
附图标记说明：
100，200 电气装置
110，210，250，260 管状金属护套
111 底部
112 插头
120，160，220，251，261 绝缘体
121，122，161，162，221，252，262 隧道状开口
131，132，171，172，231，263 第一电导体
131a，132a，171a，172a 部段
133，134 电源线
140，232 第二电导体
140a，140b 部段
150 电绝缘材料
173，240 电加热元件
174，175 触点
254，263 加热线圈
262a 正方形的基本形状
262b，262c，262d，262e 扇形部段
300，310，320，330，340，350，360，
370，380，390，400 绝缘体
301，302，311，312，321，322，331，
332，341，342，343，344，351，352，
353，354，361，362，371，372，381，
382，391，392，401，402，403，404 隧道状开口
305，306，315，316，325，326，335，
336，337，345，346，347，355，356，
365，366，375，376，377，385，386，
395，396，405，406，407，408 导体

Claims (17)

1.一种电气装置(100，200)，其具有管状金属护套(110，210，250，260)和绝缘体(120，160，220，251，261)，所述绝缘体(120，160，220，251，261)布置在所述管状金属护套(110，210，250，260)内部，并且至少一个隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)穿过所述绝缘体(120，160，220，251，261)，其中第一电导体(131，132，171，172，213)的至少一个部段(131a，132a，171a，172a)布置在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面几何形状偏离圆形。
2.根据权利要求1所述的电气装置(100，200)，其特征在于，除了所述第一电导体(131，132，171，172，231)的所述部段(131a，132a，171a，172a)之外，第二电导体(140，232)的至少一个另外的部段(140a，140b)也布置在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中。
3.根据权利要求1或2所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面几何形状与布置在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中的所述导体部段的横截面几何形状适配。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面几何形状与布置在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中的所述导体部段的横截面几何形状如此适配，使得布置在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中的所述导体部段被定位和/或固定。
5.根据权利要求1所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面几何形状与布置在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中的所述导体部段的横截面几何形状如此适配，使得定位和/或固定在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中的所述导体部段基本上以彼此无间隙的方式布置。
6.根据权利要求4或5所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面具有圆弧或扇形部段，用于接收和固定所述第一电导体(131，132，171，172，231)的具有圆形横截面的部段和/或所述第二电导体(140，232)的具有圆形横截面的部段。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面具有矩形部段，用于接收和固定所述第一电导体(131，132，171，172，231)的具有矩形横截面的部段和/或所述第二电导体(140，232)的具有矩形横截面的部段。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面具有成角度的或弯曲的形状。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面具有至少一个渐缩的部段。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述电气装置(100，200)是护套热电偶。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述电气装置(100，200)是电加热装置，尤其是加热筒或缠绕管筒。
12.根据权利要求11所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述电加热装置(100，200)具有电加热元件，所述电加热元件以至少一些部段的方式缠绕在所述绝缘体(120，160，220，251，261)的外圆周上并且以至少一些部段的方式突出到所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中。
13.根据权利要求11所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述电加热装置具有电加热元件，所述电加热元件完全布置在所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面具有凹陷部，用于用粉末，尤其用氧化镁粉末填充所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面被如此选择，使得所述横截面的圆周线的长度与所述横截面的面积之比对于给定的安装空间最大化。
16.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述第一电导体(131，132，171，172，231)横截面具有变形。
17.根据权利要求16所述的电气装置(100，200)，其特征在于，所述隧道状开口(121，122，161，162，221，252，262)的横截面也具有变形。
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