CN116072358A - 用于制造矿物绝缘衬套的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于制造矿物绝缘衬套(100，100'，200，300，400，400'，400")的方法，该矿物绝缘衬套尤其是作为用于制造电馈通件的组件并且尤其是用于在机动车辆的排气通道中使用，其中，矿物绝缘衬套具有布置在金属制的外管(13，23，33，43)中并通过电绝缘矿物材料(12，22，32，42)与该金属制的外管电绝缘的金属内部分(11，21，31，41)，并且其中，在该方法中，在一步骤中将金属内部分、电绝缘材料和外管压实成复合件，并且在随后进行的步骤中通过移除压实复合件的至少一个完整部段而产生矿物绝缘衬套。

Description

用于制造矿物绝缘衬套的方法

技术领域

本发明涉及矿物绝缘衬套的制造，尤其是作为用于制造电馈通件的组件。

背景技术

当电导体要由导电材料穿过而在电导体和导电材料之间不发生电接触时，尤其需要矿物绝缘衬套。矿物绝缘衬套通常具有金属内部分、起到电绝缘作用的绝缘材料以及金属护套，通过该金属护套可以建立与要引导导体通过的导电材料的连接。

存在一系列应用，例如在汽车工业中，其中这种衬套暴露在非常高的负载下。如果作为示例考虑了用于机动车辆的催化器的电排气加热器，则电馈通件，也就是说用于排气加热器的电源的导体必须在衬套中以与排气流入的管的壁绝缘的方式被穿过。

这种催化器加热器通常以与排气管绝缘的方式悬挂在排气管中，这部分是通过排气管内部的绝缘销来完成的，但至少部分地也通过建立电馈通件的突出到管内部的导体的机械连接、尤其是通过焊接或钎焊来完成的。

此外，由衬套穿过的电导体通常在其连接侧上具有用于通过将限定的接触表面压到彼此上来固定电连接件的螺纹。在拉紧和松开这种连接时，除了压力和拉力之外，还有相当大的扭转力在起作用。

也就是说，在这种应用情况下，绝缘衬套必须长期且持续地一方面承受高温负载，另一方面承受车辆运行期间的高振动负载以及碰撞和冲击。因此，非常重要的是，绝缘衬套具有高的机械稳定性和抗拉强度以及高的抗扭强度。然而同时，总体上通过馈通件并因此尤其是通过衬套的排气泄漏率也应尽可能低。所有这些要求必须与限制绝缘衬套的长度的结构空间要求相协调。

到目前为止，这种尤其是用于在排气通道中应用的绝缘衬套通常作为电馈通件的组成部分被制造，而不是作为用于制造馈通件的单独组件被制造。

为了制造这种具有集成式绝缘衬套的电馈通件，从现有技术已知提供电导体，该电导体例如在许多应用中必须由诸如NiCr8020之类的昂贵材料制成，作为例如通过车削、铣削和/或滚丝做成期望形状的半部分，之后推上绝缘管，该绝缘管通常由陶瓷绝缘材料制成，尤其是由例如C820制的多孔MgO体制成，然后将该装置收纳在外管的内腔中，该外管可以例如由不锈钢制成。在该装置由电导体、绝缘管和外管组成之后，将该装置以减小横截面的方式压实，从而产生电馈通件。

实践表明，电馈通件的这种制造方式带来一系列问题，尽管它涉及大量工作，因为每个电馈通件必须单独安装和压实。也就是说，在这里所达到的压实程度如此变化，使得该程度朝电馈通件的外管的端部的方向减小。这导致的是，这些区域对机械负载、尤其是以冲击和碰撞、牵引、扭转或振动的形式的机械负载只起到很小的稳定作用；此外，排气会逸出的可能性增大。

因此，这尤其意义重大，因为外管的长度大多由于在结构空间要求方面的设计规范而通常很小。

此外，还发生的是，绝缘材料在所压实的绝缘管的端面上破裂。由此，在导体和绝缘材料以及绝缘材料和外管之间的面积进一步减小，从而馈通件甚至更不耐受冲击和碰撞、压力、拉力和扭转，并且排气会逸出的可能性增大。

如果在压实时将硅胶盘、橡胶软管或类似部件放置在端面上，则这些问题可以缓解，但不能完全避免。这些部件在压实时产生一定的轴向背压，这增加了边缘区域的压实并减少了绝缘材料的破裂。

另一种从DE102012110098B4已知的方法是，提供一种电馈通件，该电馈通件包括内导体、绝缘材料和外管作为压实的预制棒材料，并从该棒材料加工出内护套的露出的导体部段作为触点并设置有期望的外轮廓，例如通过将螺纹切入到从棒材料加工出的内导体中。因此，可以可靠地解决在最初提到的方法中出现的内导体的距离公差的问题。不过，这种可靠性是用相对较高的材料消耗来获得的。恰好在接触部段必须实施得较长的电馈通件中，外护套的大部分被简单地车削掉并变成切屑。然而，除了外护套之外，通常是氧化镁的绝缘材料也被车削掉，从而污染了用于加工出内导体的机器的工作空间并导致在该机器上的磨蚀效果和磨损效果，这会明显缩短机器的使用寿命。所有这些都使得这种电馈通件的制造更加昂贵。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于制造矿物绝缘衬套的方法，尤其是作为用于制造电馈通件的组件，例如用于在机动车辆的排气通道中使用，该矿物绝缘衬套具有较高的机械稳定性和较低的泄漏率。

该目的通过一种根据本发明的方法来实现。该方法包括有利的设计方案。

根据本发明的方法用于制造矿物绝缘衬套，尤其是作为用于制造电馈通件的组件并且尤其是用于在机动车辆的排气通道中使用。

矿物绝缘衬套具有布置在金属制的外管中并通过电绝缘矿物材料与金属制的外管电绝缘的金属内部分。作为电绝缘矿物材料，特别优选的是氧化镁或C820，氧化镁可以用作成形体或压实前的粉末或颗粒。

在该方法中，在第一步骤中将金属内部分、电绝缘材料和外管压实成复合件。

尤其地，电绝缘矿物材料之后被高度压缩，具有残余孔隙率(尽管较低)，并且不被致密烧结。

在随后进行的步骤中通过移除压实复合件的至少一个完整部段而产生衬套。移除可以例如通过切断、锯切、铣削、激光或水射流切割来进行。压实复合件的一完整部段当复合件的所有组成部分在该部段中被移除时才被移除；因此，当例如仅去除外管、电绝缘材料或金属内部分的一部段时，情况并非如此。

为了完整起见，应指出的是，尽管根据本发明可以制造矿物绝缘衬套，该衬套具有其中复合件的单个组成部分已被移除的部段，但条件是在制造时也移除了压实复合件的一完整部段。

在根据本发明的方法的一个优选变型例中，单独的衬套由作为棒材料所提供的从外管压实的复合件分隔，该外管的内腔由金属内部分穿过，该金属内部分在外管的内腔中由绝缘材料包围。

“作为棒材料”在这里意味着，材料以超过要制造的矿物绝缘衬套的长度被提供，从而大量矿物绝缘衬套可以从材料的棒通过相继切断来制造。

然而，根据本发明的方法还包括：外管、电绝缘矿物材料和金属内导体以超过矿物绝缘衬套的预定长度例如10mm或20mm的长度被提供，并在压实成压实复合件之后在一侧或两侧移除压实复合件的完整端部部段。一方面，压实可以通过将各个部件相互压制来进行，但另一方面，也可以例如通过从较大的横截面轧制、锤击或拉制来实现。

特别优选地，在压实时所使用的材料和/或方法如此选择，使得

·在外管和金属内部分之间的压实矿物绝缘材料的密度为>2.5g/ccm，尤其地>2.8g/ccm并且非常特别地>3g/ccm，和/或

·外管在压实时的直径减少为内导体的直径减少的倍数(3倍、5-10倍甚至更多)。

已经表明，这两种方法带来多个优点：

在根据本发明的方法中，导致不均匀且尤其是较低的压实的端部部段不再对矿物绝缘衬套的性能产生负面影响，尤其是当棒材料的端部部段在分别使用新棒时可选地被分离时。根据本发明制造的矿物绝缘衬套在其长度上更均匀、尤其是也比以前均匀程度更大地被压实，并且有效地避免了绝缘材料在端部破裂的问题。因此，如此制造的矿物绝缘衬套的特征在于，在内管和外管之间存在MgO破裂的部段小于1mm；也可以减少到小于0.25mm。

这使得如此制造的矿物绝缘衬套对机械应力、尤其是以拉力、扭转或振动形式的机械负载的抵抗性得到改善，即使名义上在以与先前已知的制造方法相同的压力下进行压实时。

在该方法的第一实施方式中，在制造压实复合件时使用的金属内部分是实心的。然后，使用这种衬套制造的馈通件的任何另外的部件可以简单地安装、尤其是焊接或钎焊到金属内部分上的端侧。作为对此的替代，可以将开口从一个或两个端侧引入到衬套的实心金属内部分中，从而这种衬套可以装备有馈通件的各种不同的另外的部件并因此代表了一种可普遍用于许多馈通件的组件。

在该方法的一个替代实施方式中，在制造压实复合件时使用的金属内部分是管。这尤其是当接触元件要被推动穿过衬套以便获得电馈通件时会是有利的。

为了在该实施方式中确保管在压实时承受压制压力，在制造压实复合件时使用的管可以在压实期间填充有芯，例如填充有由较低成本的材料制成的棒或填充有校准芯轴。芯就其而言优选在压实棒材料之后被移除。这样，可以制造矿物绝缘衬套，这些矿物绝缘衬套的特征在于，外管的壁厚比管状金属内部分的壁厚更厚，尤其是至少2倍厚且非常特别地至少3倍厚和/或绝缘层在壁厚中比管状金属内部分更厚，尤其是大于2倍或3倍厚。

尤其是为了准备收纳要从矿物绝缘衬套制造的电馈通件的另外的组成部分，可以有意义的是，该方法还具有将至少一个开口引入到金属内部分中的步骤。尤其地，具有开口的金属内部分可以形成用于使用这种矿物绝缘衬套制造的电馈通件的接触元件的轴承部段。

可以将这些开口在移除步骤之前引入到金属内部分中或在移除步骤之后引入到金属内部分中。

可以如此引入这些开口，使得这些开口完全穿过金属内部分，或者将这些开口作为盲孔引入到金属内部分中。

当在移除步骤之后引入开口时，可以将另外的开口从另一侧引入到金属内部分中，更确切地说，如此引入到金属内部分中，使得在开口和另外的开口之间在金属内部分中留有分隔壁。在这种情况下确保的是，泄漏率仅由压实的电绝缘材料的泄漏率确定。

有利的是，将开口同心于外管的管中心轴线引入。这确保的是，金属内部分在压实成复合件时的位移不会对使用这种矿物绝缘衬套所制造的电馈通件的接触元件的位置产生影响。

随后向已经压实的复合件中引入开口尤其导致的是，可以实现小于0.1mm、尤其是小于0.05mm、并且非常特别小于0.03mm的窄直径公差。

在该方法的一个有利实施方式中，将矿物绝缘衬套的外管的部分移除，从而外管具有多个彼此电绝缘的外管部段。

通过该措施，通过提高空气距离和漏电距离或一般为绝缘距离来实现抗漏电强度的显著提高，而同时确保衬套几乎在其整个长度上的结构完整性。

附图说明

下面参照示出实施例的附图更详细地说明本发明。在附图中：

图1a示出了用于制造矿物绝缘衬套的方法的第一实施方式的步骤；

图1b示出了图1a的步骤之后的中间阶段；

图1c示出了在压实第一中间阶段之后的第二中间阶段；

图1d示出了该方法的第一实施方式的第一变型例中的矿物绝缘衬套的完成；

图1e示出了在第二中间阶段的处理时的可选的另一步骤；

图1f示出了该方法的第一实施方式的第二变型例中的矿物绝缘衬套的完成；

图2a示出了用于制造矿物绝缘衬套的方法的第二实施方式的步骤；

图2b示出了该方法的第二实施方式中的矿物绝缘衬套的完成；

图3a示出了用于制造矿物绝缘衬套的方法的第三实施方式的步骤；

图3b示出了用于制造矿物绝缘衬套的方法的第三实施方式中的中间步骤；

图3c示出了该方法的第三实施方式中的矿物绝缘衬套的完成；

图4a示出了可使用该方法的实施方式制造的矿物绝缘衬套的方法的第一另外的例子；

图4b示出了可使用该方法的实施方式制造的矿物绝缘衬套的方法的第二另外的例子；

图4c示出了可使用该方法的实施方式制造的矿物绝缘衬套的方法的第三另外的例子。

具体实施方式

图1a示出了用于制造矿物绝缘衬套100的方法的第一实施方式的步骤。在这里，将金属制的外管13、电绝缘材料12和棒状金属内部分11彼此推入，从而产生图1b所示的中间阶段，该电绝缘材料12在此作为氧化镁制的管状成形体被提供，其外径适配于金属制的外管13的内径，该棒状金属内部分11可以例如由NiCr8020制成并且其外径适配于氧化镁制的管状成形体的内径。

通过由图1c中的箭头表示的压实，得到图1c所示的另外的中间阶段，即压实棒材料1，其中尤其是棒材料的组成部分的位置被固定并且电绝缘材料13的孔隙率显著减小，如从图1c的剖视图中该层的明显减小的厚度可以清楚地看出，从而确保了对机械负载的足够耐受性和低泄漏率。

如图1d所示，可以通过以下方式从棒材料1制造矿物绝缘衬套10，即，使用工具2000分离矿物绝缘衬套10。

从这种矿物绝缘衬套10出发，可以例如制造图4a至图4c所示的具有金属内部分41、电绝缘材料42和金属制的外管43的矿物绝缘衬套400、400'和400"。此外，将另外的开口44、44'、44"或45、45'、45"从端侧引入到金属内部分11或41中，以便获得衬套400、400'、400"，这些衬套400、400'、400"可以支承馈通件的另外的部件，其中，这些部件在图4a和图4b的实施方式中通过分隔壁46、46'彼此分隔。

然而，作为对此的替代，棒材料1最初也可以进一步加工，例如如图1e所示通过将开口从棒材料1的端侧引入到金属内部分11中，这可以例如使用钻头1000来完成。

如果如图1f所示使用工具2000切断棒材料1的一部段，其长度小于开口的深度，则可以获得管状矿物绝缘衬套100'。然而，也能够切断长度大于开口的深度的一部段，这然后产生具有盲孔的矿物绝缘衬套。

在图2a中可以看出，图2a和图2b涉及的该方法的第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于，在此，管状金属内部分21被推入到作为管状体所提供的电绝缘材料22和外管23中。通过压实所制造的棒材料2可以如图2b所示再次使用工具2000切断，从而直接获得管状矿物绝缘衬套20。

在图3a中可以看出，图3a至图3c涉及的该方法的第三实施方式与第二实施方式的不同之处在于，在此，向被推入到作为管状体所提供的电绝缘材料32和外管33中的管状金属内部分21中推入芯34，该芯34使管状金属内部分在压实时稳定。然后，可以将该芯从通过压实所制造的棒材料3中例如如图3b所示至少分段地使用钻头1000钻出，然后使用工具2000分离衬套30，如图3c所示。

附图标记说明：

1，2，3 棒材料

11，21，31，41 金属内部分

12，22，32，42 电绝缘材料

13，23，33，43 外管

34 芯

44，44'，44"，45，45'，45" 开口

46，46' 分隔壁

100，100'，200，300，400，400'，400" 电馈通件

1000 钻头

2000 工具

A 中心轴线

Claims (14)

1.一种用于制造矿物绝缘衬套(100，100'，200，300，400，400'，400")的方法，尤其是作为用于制造电馈通件的组件并且尤其是用于在机动车辆的排气通道中使用，其中，所述矿物绝缘衬套(100，100'，200，300，400，400'，400")具有布置在金属制的外管(13，23，33，43)中并通过电绝缘矿物材料(12，22，32，42)与所述金属制的外管(13，23，33，43)电绝缘的金属内部分(11，21，31，41)，其特征在于，在所述方法中，在一个步骤中将所述金属内部分(11，21，31，41)、所述电绝缘材料(12，22，32，42)和所述外管(13，23，33，43)压实成复合件，并且在随后进行的步骤中通过移除所述压实复合件的至少一个完整部段而产生所述矿物绝缘衬套(100，100'，200，300，400，400'，400")。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合件是棒材料。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在制造所述压实复合件时使用的所述金属内部分(11)是实心的。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在制造所述压实复合件(2，3)时使用的所述金属内部分(21，31)是管。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在制造所述压实复合件时作为金属内部分(33)使用的所述管在压实期间填充有芯(34)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在压实所述复合件之后移除所述芯(34)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还具有将至少一个开口(44，44'，44"，45，45'，45")引入到所述金属内部分(11，21，31，41)中的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述开口在移除步骤之前引入到所述金属内部分(11，31)中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述开口(44，44'，44")在移除步骤之后引入到所述金属内部分(41)中。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，将所述开口(44"，45")如此引入到所述金属内部分(41)中，使得所述开口(44'，44")完全穿过所述金属内部分(41)。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，将所述开口(44，44'，45，45')作为盲孔引入到所述金属内部分(41)中。

12.根据权利要求9和11所述的方法，其特征在于，将另外的开口(45，45'，44，44')从另一侧引入到所述金属内部分(41)中，使得在所述开口(44，44'，45，45')和所述另外的开口(45，45'，44，44')之间在所述金属内部分(41)中留有分隔壁(46，46')。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，将所述开口(44，44'，44"，45，45'，45")同心于所述外管的管中心轴线(A)引入。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，将所述矿物绝缘衬套(100，100'，200，300，400，400'，400")的所述外管(13，23，33，43)的部分移除，从而所述外管具有多个彼此电绝缘的外管部段。

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