CN116137433A - 穿过壳体壁传导电流的电导体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过壳体传导电流的电导体(10)，其中，由弹性材料制成的密封体(11)设置在电导体(10)上，其中密封体(11)在第一密封段(13)中径向地包围电导体(10)，其中壳体部分(12)设置在电导体(10)上。壳体部分(12)在第二密封段(16)中径向地包围密封体(11)的不与第一密封段(13)中的电导体(10)接触的表面的至少一部分，其中密封体(11)的弹性材料包括至少一个中空腔室(17)和/或为弹性体泡沫。本发明还涉及相应的制造方法。

Description

穿过壳体壁传导电流的电导体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种穿过壳体传导电流的电导体以及相应的制造方法。

背景技术

在电动机和发电机中，通常，多个电导体或导电轨被引导穿过将两个空间(例如电动机的壳体和电力电子器件的壳体或环境)彼此分开的壳体壁。导体的贯穿用于在各个空间之间传输电力，其中同时需要相对于液体介质(例如油)具有可能最佳的密封，以防止油的进入或漫延，例如直至到达电力电子器件单元。另外也可能需要空间之间的良好的气体密封，例如空气和/或油气，例如以防止空气潮湿。

为了改善密封，现有技术已知例如在通常由铜或铜合金构成的贯穿导体中形成呈肋状和迷宫结构形式的流动路径延伸部。流动路径延伸部旨在防止或至少显著阻碍油在导体和形成壳体壁的铸塑塑料之间的渗透。已经发现，这样使用流动路径延伸部并不能构成对油和油气的充分密封。

发明内容

本发明的目的是提供相对壳体部件密封的电导体，其具有改进的密封，尤其是对油和空气的密封，以及提供相应的制造方法。

该任务通过本发明实施例的特征来实现。为了解决该任务，提出了一种穿过壳体传导电流的电导体，其中由弹性材料制成的密封体设置在电导体上，并且其中密封体在第一密封段中径向地包围电导体，其中壳体部分在第二密封段中径向地包围密封体的不与第一密封段中的电导体接触的表面的至少一部分，其中密封体的弹性材料包括至少一个中空腔室和/或为弹性体泡沫。

所提出的密封体因此通过第一密封段包围电导体并且通过第二密封段被壳体部分包围。在第一密封段处电导体与密封体之间始终存在接触，以及在第二密封段处密封体与壳体部分之间始终存在接触。这实现了足够的密封压力以将电导体相对壳体部分密封，特别是防止油的漫延。壳体部分和密封体之间的密封在各种情况下都构成闭合回路中以防止泄漏。

采用所提出的密封体，可以有效地防止密封体在第一密封段以及在第二密封段的分离。具有至少一个空腔和/或呈弹性体泡沫形式的密封体的弹性材料由于由此在密封体中气体含量或实现的真空度而可压缩。因此，所提出的密封体与固体材料相比明显更易压缩，固体材料是弹性的，但类似于液压油或水，非常难以压缩或不可能压缩。密封体因此优选地在电导体和壳体部分之间被预张紧或压缩，这确保了在第一和第二密封段处的足够的密封压力。尤其是在很宽的温度范围内可以实现足够的密封压力和紧密封性。由此，用于电导体的例如金属、特别是铜，用于密封体的交联弹性体和/或橡胶以及用于壳体部分的塑料、尤其是热塑性塑料的不同材料具有不同的热膨胀系数，可以以这种方式补偿。

通过至少一个空腔和/或弹性体泡沫，可以在整个温度范围内防止在密封体上的接触断开和间隙形成。这也特别适用于温度分布不均匀的情况，这种情况例如可能在制造期间和/或之后发生。特别是当壳体部分使用高熔点塑料时，所提出的解决方案改进了电导体相对于壳体部分的密封，否则在此会出现特别严重的间隙形成。

电导体沿主轴向延伸以贯穿壳体部分。在本文中，术语径向指的是垂直于主轴向延伸的方向，其中径向环绕描述了闭合周缘。也可称为导电轨的电导体可包括圆形、椭圆形、矩形或其他横截面。电导体上的第一、第三和第四密封段可以称为护套面或护套段，它们优选地设置成在轴向上彼此相邻，其中第一密封段优选地设置在第三和第四密封件之间。

电导体和壳体部分之间的第三和第四密封段可以包括较低的紧密封性，从而在这些密封段中可能没有足够的防油密封，仍不会使整体防油密封变差。第三和第四密封段因此也可以称为支撑段，因为特别是可以通过这些部段实现壳体部分和电导体之间的机械负载的传递。

在本发明的意义上，弹性泡沫包括基本上对应于分布在材料内的空腔的孔隙。在密封体的弹性材料中可以设置专用的空腔或腔室，其中弹性材料还可以是具有作为小空腔的孔隙的弹性泡沫。

在一个优选实施例中，弹性材料是带有封闭孔隙的弹性体泡沫。在具有封闭孔隙的弹性体泡沫中，进一步提出了相对于开放孔隙，封闭孔隙具有至少80％的比例。由此，特别是可以实现高防渗透紧密封度，尤其是对油的防渗透紧密封度。

根据进一步的改进，还提出所述壳体部分在径向围绕所述电导体的第三和/或第四密封段包围所述电导体。这允许保护密封体免受颗粒以及电导体和壳体部分之间的机械负载传递的机械影响，从而可以保护密封体并且使其基本上不受机械负载的影响。

电导体和壳体部分之间的第三和第四密封段可以包括较低的紧密封性，从而在这些密封段中可能没有足够的防油密封，仍不会使整体防油密封变差。第三和第四密封段因此也可以称为支撑段，因为特别是可以通过这些部段实现壳体部分和电导体之间的机械负载的传递。

根据进一步的改进，还提出所述第三和/或第四密封段在各种情况下都轴向邻接所述电导体上的所述第一密封段。这允许密封体特别好地被压缩，特别是如果两个密封段，第三和第四密封段都邻接密封体。密封体优选地被完全封闭，从而防止密封体的任何脱开移动并且可以实现更高的压缩。通过密封体的更高压缩，可以在较宽的热范围内实现更高的密封压力。

根据进一步的改进，还提出所述壳体部分的材料是塑料，优选地是热塑性塑料。尤其建议，壳体部分由高熔点塑料材料制成，该塑料材料通常具有更好的机械和/或热特性并且可以使用所建议的密封体为电导体提供防渗透密封。

根据进一步的改进，还提出壳体部分的材料具有的杨氏弹性模量高于密封体的材料。这有利于实现密封体的充分压缩和相应的良好密封压力。

进一步提出，电导体至少在第一密封段中包括被倒圆的轮廓。进一步提出，电导体在第三和/或第四密封段中包括被倒圆的轮廓。

这避免了制造中无法避免的由于微间隙或微切口引起的泄漏，以及在电导体相对于密封体或相对于壳体部分的尖锐边缘处的过大应力。至少在相对于密封体的第一密封段中以及可能另外地在第三和第四密封段中存在的被倒圆的轮廓具有半径为至少0.1mm、优选至少0.4mm、更优选至少0.7mm的圆角。

根据进一步的改进，还提出电导体和所述密封体包括材料与材料的结合。这可以进一步提高渗透密封性，特别是对于油和油气。然而，由于封闭且可压缩的密封体，在第一密封段以及在第二密封段处的材料与材料的结合对于充分的密封不是绝对必要的。

在一个可能的实施例中，例如，三个电导体可以被引导穿过壳体部分并且通过三个单独的密封体密封。

此外，为了解决该任务，提出了用于制造根据任一本发明实施例所述的电导体的方法，包括以下步骤：

-提供电导体；

-在第一密封段第一成型，特别是注射成型密封体以径向围绕电导体，所述密封段包围电导体，其中密封体由具有至少一个优选是封闭的中空腔室的弹性材料和/或弹性体泡沫形成；

-在第二密封段处第二成型、特别是注射成型外壳部分以包围密封体。

通过所提出的方法，可以以简单的方式产生电导体相对于壳体部件的防渗密封。成型或注射成型可包括例如包覆成型。所提出的制造方法可以在电导体和电导体穿过的壳体部分之间提供良好的密封。这尤其适用于壳体部分的高熔点塑料，因为相应较高的熔化温度意味着第二成型需要较高的温度，这升高了密封体和壳体部分之间的间隙形成作用。

根据进一步的改进，还提出在第二成型，特别是注射成型期间，密封体在壳体部分的第二成型的成型压力下被压缩。

以这种方式，可以实现密封体在压缩状态下被电导体和壳体部分包围，从而在第一和第二密封段建立接触压力，这实现了足够的密封性，特别是，防止在制造过程后的冷却过程中因收缩而形成间隙。通过对可被至少一个封闭的中空腔和/或弹性体泡沫压缩的弹性材料进行所述压缩，也可以在壳体部分的第二成型中使用高熔点热塑性塑料，而不会在冷却后产生密封体的不充分的压缩。

进一步提出，在第二成型，尤其是注射成型期间，密封体的体积至少减少到97％，例如96％，优选至少减少到95％，进一步优选至少减少到90％。

根据进一步的改进，还提出在所述壳体部分的第二成型、特别是注射成型期间，所述电导体在第三段和第四段中被所述壳体部分包围。通过这种方式，尤其可以实现密封体完全被壳体部分和电导体包围，从而在第二成型时可以实现密封体的高度压缩。

根据进一步的改进，还提出在所述第一成型，特别是注射成型期间，所述弹性材料被交联以形成所述密封体。以这种方式，可以实现密封剂的高温稳定性，这尤其在第二成型或二次成型期间是有利的，特别是在壳体部分是高熔点塑料的情况下。

作为所述问题的所提出技术方案的替代或补充，提出一种用于通过壳体传导电流的电导体，其中，由弹性材料制成的密封体设置在电导体上，其中密封体在第一密封段中径向地包围电导体。壳体部分布置在电导体上，其中壳体部分优选地在径向围绕所述电导体的第三和第四密封段包围所述电导体。第三和第四密封段优选地各自轴向邻近于电导体上的第一密封段。所述密封体包括至少一个底切，其中所述壳体部分通过至少一个壳体部分的部段伸入所述电导体和所述密封体之间的所述至少一个底切中，并且其中所述密封体包括至少一个密封面，所述密封面位于所述电导体和所述密封体之间，以径向向内取向的方式与壳体部分接触并环绕密封。

密封体和壳体部分的适当成型，它们分别可以通过单独的浇注工艺，特别是注射成型来制造，可以实现充分的密封，并且特别是可以补偿由于在制造过程之后冷却过程中的不同收缩而导致的间隙形成。在这种情况下，密封体相比于壳体部分有更大的收缩甚至是有利的，以允许密封体和壳体部分的部段之间在底切区域中的更大的接触压力。电导体与壳体部分的密封因此由导体和密封体之间以及密封体和壳体部分之间的第一圆周密封段在圆周密封表面处产生，密封体在该圆周密封表面上被壳体部分在底切区域中的部段径向向外抵靠。壳体部分优选地与电导体一起完全包围密封体。在密封体和壳体部分之间的某些区域中的分离或间隙的形成，对于所说替代解决方案的所提出的形状设计的密封功能来说不是关键的。

附图说明

下面参照附图通过优选实施例来解释本发明。其中显示：

图1是电导体、密封体和壳体部分的截面图的细节视图；

图2是壳体部分的横截面图，电导体贯穿其中且被密封体密封；

图3是电导体连同密封体的截面图的细节视图；

图4是在壳体部分的注射成型过程中电导体连同密封体和壳体部分的示意性剖视图；

图5是在壳体部分的注射成型过程之后电导体连同密封体和壳体部分的进一步示意性截面图；

图6是壳体部分的横截面图，电导体贯穿其中，其被密封体密封；

图7为四种不同形状的密封体。

具体实施方式

图1显示了穿过壳体部分12的电导体10的细节示意图。电导体10例如是由铜或其他金属制成的导电轨，并且在该有利的实施例示例中壳体部件12由塑料制成，该塑料尤其可以是热塑性塑料。提供了密封体11，其在第一密封段13中围绕电导体10。第一密封段13因此在其横截面中围绕电导体10，该横截面可以是圆形的，或者如在该实施例中，参见图6，是具有倒圆边缘的矩形。

电导体10还包括相对于壳体部分12的两个周向密封段，第三密封段14和第四密封段15，如图1所示，壳体部分12在右侧和左侧或轴向邻接第一密封段13。此外，在壳体部分12和密封体11之间存在第二密封段16，使得电导体10通过第一和第二密封段13、16相对于壳体部分12以防渗漏的方式密封。第三和第四密封段14、15与电导体10接触，同样起到密封作用，但由于本例中是用于导体10和壳体部分12的铜和高熔点的热塑性塑料组合，不提供防渗漏密封。此外，在第三和第四密封段中没有为此提供足够的密封压力。因此，第三和第四密封部分可以例如不防油漫延密封。

为了密封以防止油漫延，提供了密封体11，该密封体11由弹性材料制成，例如弹性体，其是防止油渗透而紧密封的。在该实施例中，弹性材料是泡沫弹性体，其包括作为分布在材料中的中空腔室17的封闭孔隙18，以表现出相应的渗透密封性，尽管其具有弹性体泡沫的性质。密封体11的弹性材料优选具有比壳体部分12低的弹性模量。特别地，如果弹性材料是弹性泡沫，则密封体11的弹性模量可以更低。

密封体11是环形的，并且其内表面，即径向向内的表面，与电导体10接触。该接触优选地是密封压力。轴向和径向向外的表面由具有第二密封段16的壳体部分12包围，如在图1和2的剖视图中可见，从而密封体被完全包围。

密封体11由于其在弹性体泡沫中的孔隙18是可压缩的，因此它可以通过被完全包围或包裹而以压缩状态置入导体10和壳体部分12之间。这意味着密封体11在导体10和壳体部分12之间的空间之外在环境压力下将占据更大的体积。所述压缩在第一和第二密封部分13、16处提供密封压力，这提供了良好的密封，防止油的漫延。

在可能的实施例中，密封体11还可以包括与电导体10的材料与材料的结合，这可以例如通过对电导体10的表面进行适当的预处理来实现，例如粗糙化和施加粘合促进剂，以及密封体11的包覆成型。材料结合可以进一步改善密封，其中预处理可能需要额外的努力。在壳体部分12的制造过程中，材料与材料的结合还可以进一步增加密封体11相对于电导体10的固定。

在图3、4和5中，示意性地示出了用于制造相应电导体10的方法的各个步骤，该电导体10上布置有壳体部分12，壳体部分12通过密封体11彼此密封。

图3示出了所提供的电导体10的一部分，该电导体在第一注射成型操作中已经部分地被弹性体泡沫包覆成型。弹性体泡沫是一种弹性材料，例如已经发泡的橡胶。弹性材料中的相应孔隙18示意性地显示为圆形。密封体11围绕电导体10并在第一密封段13处抵靠在电导体10上。密封体11的弹性材料优选在第一成型期间的制造过程中交联。

下一步在图4中示出，其中具有成型的密封体11的电导体10在第二成型中通过注射成型工艺被部分地包覆成型。第二模制用于生产由热塑性材料制成的壳体部分12。壳体部分12在第三和第四密封段14、15抵接电导体10并且在第二密封段16抵接密封体11。由于在图4中用箭头表示的注塑压力，密封体11在第二成型期间被压缩。密封体11的压缩通过较小的圆圈形式的缩小孔隙18来图示。

冷却后，如果需要，在第二成型过程中产生的壳体部分12固化后，壳体部分12由于冷却而固化和收缩到环境温度。密封体11在壳体部分12的制造过程中同样被加热，也会收缩，其中密封体11的弹性材料的热膨胀系数通常大于壳体部分12的热膨胀系数。

然而，可以通过压缩弹性泡沫来防止特别是在第二密封段16处的间隙的形成，如图5所示。由于孔隙18或空腔17而容易压缩的密封体11的压缩导致在第二密封段16和第一密封段13上的接触压力，其对应于图4中的符号箭头。以这种方式，可以补偿不同的热膨胀系数和收缩系数，从而可以避免形成间隙并且同时可以实现充分的密封，例如针对空气，特别是针对漫延的油的密封。

图6示出了完成的电导体10的实施例，其上布置有壳体部分12，该壳体部分12可以安装在例如电动机的壳体上。密封体11被很好地保护免受有害影响以及壳体部分12和电导体10之间的机械负载，因此密封体11在图6的图示中是不可见的。

在图7中，示出了密封体11的各种可能的形状，其与具有两个径向圆周密封凸边的图1的形状不同。例如，图7a显示了具有三个径向圆周密封凸边的实施例的细节。在图7b的实施例中，密封体11的形状包括矩形横截面，其中轴向延伸大于径向材料厚度的两倍。与此不同的是，图7c的实施例中的密封体11也包括矩形截面，其中轴向延伸和材料厚度基本相同。图7d示出了另一个实施例，其中两个对应于图7c的实施例的密封体11轴向间隔地布置在电导体10上。壳体部分12的形状设计在各情形下与密封体11的形状设计相匹配，或者可以在制造过程中根据密封体11的形状设计相应地制造。

Claims (13)

1.一种穿过壳体传导电流的电导体(10)，其中：

-由弹性材料制成的密封体(11)设置在电导体(10)上，其中，

-密封体(11)在第一密封段(13)中径向地包围电导体(10)，其中，

-壳体部分(12)设置在电导体(10)上，其特征在于：

-壳体部分(12)在第二密封段(16)中径向地包围密封体(11)的不与第一密封段(13)中的电导体(10)接触的表面的至少一部分，其中，

-密封体(11)的弹性材料包括至少一个中空腔室(17)和/或为弹性体泡沫。

2.根据权利要求1所述的电导体(10)，其特征在于，所述弹性材料是具有封闭孔隙(18)的弹性体泡沫。

3.根据权利要求1或2所述的电导体(10)，其特征在于：

-所述壳体部分(12)在径向围绕所述电导体(10)的第三和/或第四密封段(14，15)包围所述电导体(10)。

4.根据权利要求3所述的电导体(10)，其特征在于：

-所述第三和/或第四密封段(14、15)在各种情况下都轴向邻接所述电导体(10)上的所述第一密封段(13)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电导体(10)，其特征在于，所述壳体部分(12)的材料是塑料，优选地是热塑性塑料。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电导体(10)，其特征在于，所述壳体部分(12)的材料包括比所述密封体(11)的弹性材料更高的弹性模量。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电导体(10)，其特征在于，所述电导体(10)具有至少在所述第一密封段中被倒圆的外轮廓。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电导体(10)，其特征在于：

-所述电导体(10)和所述密封体(11)包括材料与材料的结合。

9.用于制造根据前述权利要求中任一项所述的电导体(10)的方法，其特征在于以下步骤：

-提供电导体(10)；

-在第一密封段(13)第一成型，特别是注射成型密封体(11)以径向围绕电导体(10)，其包围电导体(10)，其中密封体(11)由具有至少一个中空腔室的弹性材料和/或弹性体泡沫形成；

-在第二密封段(16)处第二成型、特别是注射成型外壳部分(12)以包围密封体(11)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在第二成型，特别是注射成型期间，密封体(11)在壳体部分(12)的第二成型的成型压力下被压缩。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述密封体(11)的体积在所述第二成型、特别是注射成型期间至少减少到97％。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，在所述壳体部分(12)的第二成型、特别是注射成型期间，所述电导体(10)在第三段和第四段(14，15)中被所述壳体部分(12)包围。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一成型，特别是注射成型期间，所述弹性材料被交联以形成所述密封体。

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