DE10055447B4

DE10055447B4 - Elektrisch isolierendes Verbindungselement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10055447B4
Application number: DE10055447A
Authority: DE
Inventors: Volker Bachmann; Jürgen Weber; Reinhold Paul
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: DE10055447A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines stiftförmigen elektrisch isolierenden Verbindungselements mit zwei metallischen Enden, insbesondere für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine,
welches mindestens einen metallischen Kern (1), mindestens eine metallische Halbschale (3) und mindestens eine den Kern (1) von der Halbschale (3) elektrisch isolierende Schicht (2) umfaßt,
bei dem
– die Halbschale (3) mit ungehärteter, schütt- oder fließfähiger Isolationsmasse gefüllt wird,
– der Kern (1) mit seinem jeweiligen Ende elektrisch kontaktfrei in die Halbschale (3) und in die Isolationsmasse eingebracht wird, und
– danach die Isolationsmasse zu einer mechanisch stabilen, elektrisch isolierenden Schicht (2) gehärtet wird, wobei eine mechanisch stabile Verbindung von Halbschale (3) und Kern (1) erzielt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Verbindungselements mit zwei metallischen Enden, insbesondere für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, sowie ein elektrisch isolierendes Verbindungselement. Derartige Verbindungselemente werden insbesondere in Komponenten von Abgasreinigungssystemen, vorzugsweise bei Kraftfarhrzeugen, verwendet, wo sie zum Beispiel bei Heizkatalysatoren zur mechanischen Befestigung der Heizaggregate Anwendung finden. Wichtig hierbei ist, daß die Verbindungselemente den mechanischen und thermischen Belastungen, die in einem Abgassystem vorherrschen, standhalten und elektrisch isolierend sind.
Nach einem bislang bekannten Herstellungsverfahren, welches für metallisch ummantelte elektrische Meßleitungen verwendet wird, wird zunächst ein Draht in ein Rohr zusammen mit einer Isolationsmasse eingebracht und z. B. durch Hämmern zu einem langen Mantelleiter verarbeitet. Zuletzt wird der Mantelleiter in Stücke zersägt und je nach Verwendung einpassgenau mechanisch bearbeitet und geformt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß eine, meist spanabhebende, Bearbeitung des Mantelleiters erforderlich ist.
Aus der WO 93/12880 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers bekannt, wobei elektrisch isolierte Bleche verwendet werden. Die Bleche weisen an ihren Stirnseiten die Blechkanten umgreifende Falze auf, wobei zwischen Falz und Blech eine keramische Schicht angeordnet ist. Die keramische Schicht ist als Beschichtung oder als Folie ausgeführt.
Die WO 90/12951 A1 erwähnt ebenfalls elektrisch isolierte Blechlagen, hier im Zusammenhang mit elektrisch beheizbaren Wabenkörpern.
Weiterhin offenbart die DE 43 01 564 A1 elektrisch isolierende Stützstrukturen, die gegenüber Zugbelastungen hohe Widerstandfähigkeit aufweisen sollen, indem eine vorhandene keramische Isolation vollumfänglich von metallischen Strukturen umgeben ist.
Die DE 44 34 673 A1 betrifft einen elektrisch beheizbaren Katalysator mit stiftförmigen, elektrisch isolierenden Verbindungselementen, die benachbarte Wabenkörper beabstanden und stützen. Dieses Verbindungselement hat einen Kern, wobei die Endbereiche des Stiftes mit einer Hülse versehen sind, in denen sich eine Isoliermasse befindet. Zur Herstellung solcher Halte- und Stützelemente wird dort auch vorgeschlagen, die Stirnseiten in eine elektrisch isolierende Masse einzutauchen und dann zu trocknen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung eines elektrisch isolierenden Verbindungselementes zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine vereinfachte und damit kostengünstigere Fertigungsmethode ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein elektrisch isolierendes Verbindungselement anzugeben, welches den mechanischen und thermischen Gegebenheiten, die zum Beispiel in einem Abgassystem vorherrschen, Rechnung trägt, einfach und preiswert herstellbar ist.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Verbindungselements gemäß dem Anspruch 1 beziehungsweise ein elektrisch isolierendes Verbindungselement gemäß dem Anspruch 5. Vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines stiftförmigen elektrisch isolierenden Verbindungselements, welches zwei metallische Enden aufweist und mindestens einen metallischen Kern, mindestens eine metallische Halbschale und mindestens eine den Kern von der Halbschale elektrisch isolierende Schicht enthält, wird die Halbschale mit ungehärteter, schütt- oder fließfähiger Isolationsmasse gefüllt, der Kern mit seinem jeweiligen Ende beabstandet von der Halbschale in die Isolationsmasse eingebracht, und die Isolationsmasse zu einer mechanisch stabilen, elektrisch isolierenden Schicht gehärtet. Vorteilhaft sind die zwei metallischen Enden des Verbindungselements, da diese einfach und preiswert fügetechnisch, insbesondere durch Löten oder Schweißen, verbunden werden können.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Isolationsmasse nach Einfüllen in die Halbschale und Einbringen des Kerns verdichtet, indem die Größe der Halbschale verkleinert und auf seine gewünschte Größe gebracht wird. Die Veränderung der Größe der Halbschale kann durch einfaches Einklappen, durch Schraubklemmen oder durch sonstige bekannte Techniken erfolgen. Hierdurch entfällt eine nachträgliche, aufwendige, womöglich spanabhebende Bearbeitung. Durch die Verdichtung wird eine besonders stabile Verbindung von Kern und Halbschale erzielt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Isolationsmasse in Form einer wäßrigen Suspension oder in Form eines trockenen Pulvers in die Halbschale eingefüllt. Hierdurch werden Lufteinschlüsse, Fugen oder Ritzen vermieden und eine besonders mechanisch stabile Verbindung zwischen Kern und Halbschale erreicht.
Das erfindungsgemäße elektrisch isolierende Verbindungselement, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, nach Art eines Stiftes mit zwei metallischen Enden, insbesondere für ein Lagersystem, enthält mindestens einen metallischen Kern, mindestens eine metallische Halbschale, die ein metallisches Ende des Stifts bildet, und mindestens eine elektrisch isolierende Schicht, wobei der Kern an seinem Ende von der Halbschale beabstandet teilweise umgeben ist und der Kern von der Halbschale durch eine Schicht elektrisch voneinander isoliert ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verbindungselementes wird der Kern von wenigstens zwei Halbschalen umgeben, wobei die Halbschalen und der Kern jeweils paarweise voneinander durch wenigstens zwei Schichten elektrisch isoliert sind. Hierdurch wird erreicht, daß das Verbindungselement an seinen zwei Enden symmetrisch ist, so daß bei dem späteren Einbau des Verbindungselementes nicht auf die Richtung des Verbindungselements geachtet werden muß.
Vorteilhafterweise enthält der Kern eine verlötbare Legierung, insbesondere NiCr 8020 (Ni: 80%, Cr: 20%), die Halbschale einen verlötbaren Werkstoff, insbesondere Werkstoff 2.4816 (Ni: 72%, Cr: 14–17%, Mn: 0–1%, Rest: Fe) und die isolierende Schicht eine Keramik, insbesondere Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid.
Die Härtung der Isolationsmasse bedeutet, daß sie beispielsweise vernetzt und/oder gepreßt und/oder gesintert wird. Der Außenleiter ist bevorzugt ein hochtemperaturkorrosionsbeständiger elektrisch und thermisch leitender Kunststoff und/oder ein Metall wie zum Beispiel der Werkstoff 2,4816.
Als Isolation kommen alle thermisch und elektrisch stabilen isolierenden Stoffe in Frage, wie zum Beispiel Kunststoffe und Keramiken wie Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid und/oder andere Polymere anorganischer, organischer und/oder metallorganischer Struktur.
Weitere Vorteile und besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbindungselements sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung werden anhand der nachfolgenden Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:
1 ein elektrisch isolierendes Verbindungselement im Längsschnitt mit einer Halbschale,
2 ein Verbindungselement nach 1 mit zwei Halbschalen.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines elektrisch isolierenden Verbindungselements mit einer Halbschale 3, einem Kern 1 und einer Schicht 2, die den Kern 1 von der Halbschale 3 elektrisch isoliert. Durch die Verringerung der Größe der Halbschale 3 wird die Isolationsmasse um den Kern 1 verdichtet und eine besonders mechanisch stabile Verbindung von Halbschale 3 und Kern 1 erzielt. Das Isolationsvermögen des Verbindungselements ist gegeben durch die Durchbruchspannung, welche vom kleinsten Abstand von Halbschale 3 zum Kern 1 in Luft abhängt. Sowohl die Halbschale 3 als auch der Kern 1 sind fügetechnisch besonders einfach und preiswert verbindbar, da sie metallisch sind.
2 beschreibt eine weitere Ausgestaltung des Verbindungselements. Hierbei werden zwei Halbschalen 3a und 3b auf die jeweiligen Enden des Kerns 1 angebracht. Ein derartiges Verbindungselement entsteht in zwei Stufen, in einer ersten wird die Isolationsmasse 2a in die Halbschale 3a eingefüllt und der Kern 1 in die Isolationsmasse 2a elektrisch berührungsfrei gegenüber der Halbschale 3a eingesteckt, und in einer zweiten Stufe wird entsprechendes mit der Isolationsmasse 2b und der Halbschale 3b unternommen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß der Stift symmetrisch ist und so bei einem späteren Einbau nicht seine Richtung berücksichtigt werden muß. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Durchbruchspannung bei gleichem Schalendurchmesser doppelt so hoch ist wie in der Ausgestaltung nach 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Verbindungselements ermöglicht eine schnelle und preiswerte Herstellung von elektrisch isolierenden Verbindungselementen, die den mechanischen und thermischen Belastungen, wie sie zum Beispiel in einem Abgassystem vorliegen, standhält. Das erfindungsgemäße elektrisch isolierende Verbindungselement kann nach dem genannten Verfahren hergestellt werden und zeichnet sich durch seine niedrigen Kosten aus.

1: Kern
2, 2a, 2b: elektrisch isolierende Schicht
3, 3a, 3b: Halbschale

Claims

Verfahren zur Herstellung eines stiftförmigen elektrisch isolierenden Verbindungselements mit zwei metallischen Enden, insbesondere für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, welches mindestens einen metallischen Kern (1), mindestens eine metallische Halbschale (3) und mindestens eine den Kern (1) von der Halbschale (3) elektrisch isolierende Schicht (2) umfaßt, bei dem – die Halbschale (3) mit ungehärteter, schütt- oder fließfähiger Isolationsmasse gefüllt wird, – der Kern (1) mit seinem jeweiligen Ende elektrisch kontaktfrei in die Halbschale (3) und in die Isolationsmasse eingebracht wird, und – danach die Isolationsmasse zu einer mechanisch stabilen, elektrisch isolierenden Schicht (2) gehärtet wird, wobei eine mechanisch stabile Verbindung von Halbschale (3) und Kern (1) erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Isolationsmasse verdichtet wird, insbesondere indem die Größe der Halbschale (3) nach Einbringen der Isolationsmasse und des Kerns (1) verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Isolationsmasse in Form einer wässerigen Suspension in die Halbschale eingefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Isolationsmasse in Form eines trockenen Pulvers in die Halbschale eingefüllt wird.
Elektrisch isolierendes Verbindungselement, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere für ein Abgassystem, nach Art eines Stiftes mit zwei metallischen Enden mit – mindestens einem metallischen Kern (1), – mindestens einer metallischen Halbschale (3), welches ein metallisches Ende des Stiftes bildet, und – mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht (2), wobei der Kern (1) von der Halbschale (3) berührungsfrei teilweise umgeben ist und der Kern (1) an seinem Ende von der Halbschale (3) durch eine Schicht (2) elektrisch voneinander isoliert ist.
Verbindungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) von wenigstens zwei Halbschalen (3a, 3b) umgeben ist, wobei die Halbschalen (3a, 3b) und der Kern (1) jeweils paarweise voneinander durch wenigstens zwei Schichten (2a, 2b) elektrisch isoliert sind.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) eine verlötbare Legierung, insbesondere NiCr8020, enthält.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (2) eine Keramik, insbesondere Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid, enthält.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschale (3) einen verlötbaren Werkstoff enthält.