DE102012110098B4 - Process for the production of electrical feedthroughs - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung (200,310,320,330,340) für die Stromversorgung der elektrischen Abgasheizung eines KFZ,wobei die Durchführung ein Außenrohr(230,313,323, 333,343), das einen Innenraum aufweist, und einen den Innenraum des Außenrohrs (230,313,323,333, 343) durchsetzenden elektrischen Leiter (210,311,321, 421), dessen Enden an mindestens einer der Stirnflächen (231,232,314, 315,324,325,334,335,344,345) des Außenrohrs (230,313, 323,333,343) das Außenrohr (230,313,323,333, 343) überragen, aufweist,wobei der elektrische Leiter (210,311,321,421) im Innenraum des Außenrohrs (230,313,323,333,343) von einem Isolierstoff (120,220,342) umgeben ist undwobei die gesamte Anordnung aus Außenrohr(230,313,323,333,343), elektrischem Leiter (210,311,321,421) und Isolierstoff (220,342)verdichtet ist,mit den Schrittena) Bereitstellen des Außenrohrs (230,313,323,333,343) mit dem Innenraum, der von dem elektrischen Leiter (210,311,321,421) durchsetzt wird, der im Innenraum des Außenrohres (230,313,323,333,343) von dem Isolierstoff (120,220,342) umgeben ist, in Form eines verdichteten Stangenmaterials (290),b) Entfernen des Außenrohrs (230,313,323,333,343) an Abschnitten des Stangenmaterials, die voneinander um eine Länge, die der gewünschten Länge des Außenrohrs (230,313, 323,333,343) der herzustellenden Durchführung (200,310, 320,330,340) entspricht, beabstandet sind, wobei die Länge der Abschnitte, auf denen das Außenrohr (230,313, 323,333,343) entfernt wird, dem jeweils gewünschten Überstand des elektrischen Leiters (210,311,321,421) relativ zur Stirnfläche (231,232,314,315,324,325,334,335,344,345) entspricht,c) Entfernen des Isolierstoffs an (220,342) Abschnitten des Stangenmaterials (290), die voneinander um eine Länge, die der gewünschten Länge des Außenrohrs (230,313, 323,333,343) der herzustellenden Durchführung (200,310, 320,330,340) entspricht, beabstandet sind, wobei die Länge der Abschnitte, auf denen der Isolierstoff (220,342) entfernt wird, dem jeweils gewünschten Überstand (d1,d2) des elektrischen Leiters (210,311,321,421) relativ zur Stirnfläche (231, 232,314,315, 324,325,334, 335,344,345) entspricht, undd) Abtrennen eines Abschnitts des Stangenmaterials (290), dessen Länge der gewünschten Länge (L) des elektrischen Leiters (210,311,321,421) der herzustellenden Durchführung (200,310,320,330,340) entspricht.Method for producing an electrical bushing (200,310,320,330,340) for the power supply of the electric exhaust gas heater of a motor vehicle, the bushing having an outer tube (230,313,323, 333,343) which has an interior space and an electrical conductor (210,311,321) penetrating the interior space of the outer tube (230,313,323,333, 343) , 421), the ends of which protrude beyond the outer tube (230,313,323,333, 343) on at least one of the end faces (231,232,314, 315,324,325,334,335,344,345) of the outer tube (230,313, 323,333,343), the electrical conductor (210,311,321,421) of one in the interior of the outer tube (230,343,323,343) Insulating material (120,220,342) is surrounded and the entire arrangement of the outer tube (230,313,323,333,343), electrical conductor (210,311,321,421) and insulating material (220,342) is compressed, with the steps of a) providing the outer tube (230,313,323,333,343) with the interior that is supported by the electrical conductor (210,311,321,421 ) is interspersed with the inside space of the outer tube (230,313,323,333,343) is surrounded by the insulating material (120,220,342), in the form of a compressed rod material (290), b) removal of the outer tube (230,313,323,333,343) at sections of the rod material which are separated from each other by a length that corresponds to the desired length of the outer tube ( 230,313, 323,333,343) corresponds to the bushing (200,310, 320,330,340) to be produced, are spaced apart, the length of the sections on which the outer tube (230,313, 323,333,343) is removed, the respectively desired protrusion of the electrical conductor (210,311,321,421) relative to the end face (231,232,34414,315,335,325,325 ) corresponds to, c) removing the insulating material at (220,342) sections of the rod material (290) which are spaced apart from one another by a length which corresponds to the desired length of the outer tube (230,313, 323,333,343) of the bushing (200,310, 320,330,340) to be produced, wherein the length of the sections on which the insulating material (220,342) was removed corresponds to the respectively desired overhang (d1, d2) of the electrical conductor (210,311,321,421) relative to the end face (231, 232,314,315, 324,325,334, 335,344,345), and d) cutting off a section of the rod material (290), the length of which corresponds to the desired length (L) of the electrical conductor (210,311,321,421) corresponds to the implementation to be produced (200,310,320,330,340).
Description
Elektrische Durchführungen werden insbesondere dann benötigt, wenn ein elektrischer Leiter durch ein elektrisch leitendes Material hindurchgeführt werden soll, ohne dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter und dem elektrisch leitenden Material entsteht. Sie weisen in der Regel einen elektrischen Leiter, einen Isolierstoff, der elektrisch isolierend wirkt und einen Mantel, über den die Verbindung zum elektrisch leitenden Material, durch das der Leiter geführt werden soll, hergestellt werden kann.Electrical feedthroughs are required in particular when an electrical conductor is to be passed through an electrically conductive material without electrical contact being established between the electrical conductor and the electrically conductive material. As a rule, they have an electrical conductor, an insulating material that has an electrically insulating effect and a jacket via which the connection to the electrically conductive material through which the conductor is to be passed can be established.
Es gibt eine Reihe von Anwendungen, beispielsweise in der Automobilindustrie, bei denen derartige Durchführungen sehr hohen Belastungen ausgesetzt sind. Betrachtet man als Beispiel eine elektrische Abgasheizung eines Katalysators für ein KFZ, so muss die Stromversorgung der Abgasheizung isoliert durch die Wand des Rohrs, in dem das Abgas strömt, hindurchgeführt werden.There are a number of applications, for example in the automotive industry, in which such bushings are exposed to very high loads. If we consider an electrical exhaust gas heater for a catalytic converter for a motor vehicle as an example, the power supply for the exhaust gas heater must be insulated and passed through the wall of the pipe in which the exhaust gas flows.
Eine solche Katalysatorheizung wird oftmals isoliert vom Abgasrohr in diesem aufgehängt, was zum Teil über Isolierstifte im Inneren des Abgasrohres, geschieht, aber zumindest teilweise auch durch Herstellen einer mechanischen Verbindung des in das Rohrinnere ragenden Leiters der elektrischen Durchführung, insbesondere durch Schweißen oder Löten.Such a catalytic converter heater is often insulated from the exhaust pipe and suspended in it, which is done partly via insulating pins inside the exhaust pipe, but at least partly also by establishing a mechanical connection of the conductor of the electrical feedthrough protruding into the pipe interior, in particular by welding or soldering.
Zudem weist der elektrische Leiter der Durchführung auf seiner Anschlussseite oftmals ein Gewinde zur Herstellung eines elektrischen Schraubanschlusses auf. Beim Anziehen und Lösen dieser Verbindung wirken neben Druck und Zug auch beachtliche Torsionskräfte.In addition, the electrical conductor of the bushing often has a thread on its connection side for producing an electrical screw connection. When tightening and loosening this connection, considerable torsional forces act in addition to pressure and tension.
In diesem Anwendungsfall muss also die elektrische Durchführung langfristig und andauernd einerseits einer hohe Temperaturbelastung, andererseits aber auch einer hohen Vibrationsbelastung widerstehen. Deswegen ist es sehr wichtig, dass die elektrische Durchführung eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Belastbarkeit gegenüber Torsion aufweist.In this application, the electrical feedthrough must therefore be able to withstand a high temperature load on the one hand over the long term and on the other hand also a high vibration load. It is therefore very important that the electrical feedthrough has a high tensile strength and a high resistance to torsion.
Zur Fertigung derartiger elektrischer Durchführungen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den elektrischen Leiter, der beispielsweise aus NiCr8020 bestehen kann, als ein durch Drehen, Fräsen und/oder Gewinderollen in die gewünschte Form gebrachtes Halbteil bereitzustellen, danach ein Isolierrohr, das typischerweise aus einem keramischen Isoliermaterial, insbesondere aus einem porösem MgO-Körper aus z.B. C820 besteht, aufzuschieben und diese Anordnung dann in den Innenraum eines Außenrohrs, das z.B. aus Edelstahl bestehen kann, aufzunehmen. Nachdem diese Anordnung aus elektrischem Leiter, Isolierrohr und Außenrohr zusammengesetzt ist, wird sie querschnittsreduzierend verdichtet, insbesondere verpresst, so dass die elektrische Durchführung entsteht.To manufacture such electrical feedthroughs, it is known from the prior art to provide the electrical conductor, which can consist of NiCr8020, for example, as a half-part brought into the desired shape by turning, milling and / or thread rolling, followed by an insulating tube, which is typically made of a ceramic insulating material, in particular consisting of a porous MgO body made of, for example, C820, and then accommodating this arrangement in the interior of an outer tube, which can consist, for example, of stainless steel. After this arrangement has been put together from the electrical conductor, insulating tube and outer tube, it is compressed, in particular pressed, so that the cross-section is reduced, so that the electrical leadthrough is created.
Die Praxis zeigt, dass diese Art der Herstellung elektrischer Durchführungen eine Reihe von Problemen mit sich bringt, obwohl sie mit recht hohem Aufwand verbunden ist, da jede elektrische Durchführung einzeln montiert und verdichtet werden muss. Der Grad der Verdichtung, der dabei erzielt wird, variiert nämlich derart, dass er in Richtung auf die Enden des Außenrohrs der elektrischen Durchführung abnimmt. Dies führt dazu, dass diese Bereiche nur in geringem Maße stabilisierend gegen mechanische Belastung, insbesondere in Form von Zug, Torsion oder Vibration wirken.Practice shows that this type of production of electrical feedthroughs brings with it a number of problems, although it is associated with quite a high level of effort, since each electrical feedthrough has to be assembled and compacted individually. The degree of compression that is achieved varies in such a way that it decreases in the direction of the ends of the outer tube of the electrical feedthrough. As a result, these areas only have a small stabilizing effect against mechanical stress, in particular in the form of tension, torsion or vibration.
Dies ist insbesondere deshalb von hoher Relevanz, weil die Länge des Außenrohres meist aufgrund konstruktiver Vorgaben hinsichtlich der Bauraumerfordernisse oft sehr gering ist.This is particularly of high relevance because the length of the outer tube is often very short due to structural requirements with regard to the installation space requirements.
Ferner kommt es dazu, dass Isoliermaterial an Stirnflächen des verpressten Isolierrohrs ausbricht. Dadurch wird die Fläche zwischen Leiter und Isoliermaterial sowie Isoliermaterial und Außenrohr weiter reduziert, so dass die Durchführung noch weniger beständig gegen Druck, Zug und Torsion ist.In addition, the insulating material breaks out on the end faces of the pressed insulating tube. This further reduces the area between the conductor and the insulating material, as well as the insulating material and the outer tube, so that the bushing is even less resistant to pressure, tension and torsion.
Diese Probleme lassen sich mildern, aber nicht ganz vermeiden, wenn beim Verpressen Silikonscheiben, Gummischläuche oder ähnliche Teile an den Stirnflächen aufgesetzt werden. Diese erzeugen einen gewissen axialen Gegendruck beim Verdichten, was die Verdichtung im Randbereich erhöht und das Ausbrechen des Isoliermaterials reduziert.These problems can be mitigated, but not completely avoided, if silicone disks, rubber hoses or similar parts are placed on the end faces during pressing. These generate a certain axial counterpressure during compression, which increases compression in the edge area and reduces the breaking out of the insulating material.
Probleme gibt es aber auch im Hinblick auf die mit dieser Herstellungsweise prozesssicher erzielbare Präzision der Geometrie des elektrischen Leiters der Durchführung. In vielen praktischen Anwendungen findet als elektrischer Leiter der Durchführung nämlich nicht einfach nur ein Draht Verwendung, sondern vielmehr wird ein Anschlussbolzen benötigt, der eine bestimmte Anschlussgeometrie auf einer oder beiden Seiten der elektrischen Durchführung aufweist, beispielsweise eine mit geringen Abstandstoleranzen vorgegebene Länge, um die der elektrische Leiter die Stirnflächen von Außenrohr und Isolierstoff überragen muss und/oder eine vorgegebene Form, um einen Kontakt zu einem elektrischen Anschluss bereitzustellen, beispielsweise ein Gewinde.However, there are also problems with regard to the precision of the geometry of the electrical conductor of the bushing that can be reliably achieved with this manufacturing method. In many practical applications, not just a wire is used as the electrical conductor of the bushing, but rather a connection bolt is required that has a certain connection geometry on one or both sides of the electrical bushing, for example a predetermined length with small spacing tolerances by which the electrical conductors must protrude beyond the end faces of the outer tube and insulating material and / or a predetermined shape in order to provide a contact to an electrical connection, for example a thread.
Probleme im Zusammenhang mit der vorgegebenen Form des elektrischen Anschlusses entstehen bei Fertigung nach dem Stand der Technik insbesondere deshalb, weil das Drehen des oft sehr weichen Leitermaterials ein schwieriger Prozess ist.Problems in connection with the predetermined shape of the electrical connection arise in production according to the prior art, in particular because the turning of the conductor material, which is often very soft, is a difficult process.
Probleme bei der Einhaltung von Abstandstoleranzen bereitet insbesondere der Prozessschritt des Verpressens. Bei diesem Vorgang kommt es zu einer Längung des Materials, die dazu führen kann, dass die Abstandstoleranzen nicht prozesssicher erreicht werden, so dass ein erheblicher Anteil von Ausschuss produziert wird.The pressing process step in particular causes problems in maintaining spacing tolerances. During this process, the material is elongated, which can lead to the distance tolerances not being reliably achieved, so that a considerable proportion of rejects is produced.
Aus der US 2009 / 0 032 283 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Durchführung für elektrischen Strom durch eine geerdete Fläche bekannt, die einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Isolierstoffkörper aufweist, welcher einen zentralen elektrischen Leiter umgibt und die eine Dichtung aufweist, die einen Durchtritt von Gasen und Flüssigkeiten zwischen Isolierstoffkörper und zentralem elektrischen Leiter verhindert.From US 2009/0 032 283 A1 a method for producing a bushing for electrical current through a grounded surface is known which has an essentially rotationally symmetrical insulating body which surrounds a central electrical conductor and which has a seal through which gases can pass and prevents liquids between the insulating body and the central electrical conductor.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung elektrischer Durchführungen für die Stromversorgung der elektrischen Abgasheizung eines KFZ zu entwickeln. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.The object of the invention is therefore to develop an improved method for producing electrical bushings for the power supply of the electrical exhaust gas heater of a motor vehicle. This object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für die Stromversorgung der elektrischen Abgasheizung eines KFZ mit einem Außenrohr, und einem den Innenraum des Außenrohrs durchsetzenden elektrischen Leiter, dessen Enden an mindestens einer der Stirnflächen des Außenrohrs das Außenrohr überragen, wobei der elektrische Leiter im Innenraum des Außenrohrs von einem Isolierstoff umgeben ist und wobei die gesamte Anordnung aus Außenrohr, elektrischem Leiter und Isolierstoff verdichtet ist weist die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Außenrohrs, dessen Innenraum von einem elektrischen Leiter durchsetzt wird, der im Innenraum des Außenrohres von einem Isolierstoff umgeben ist, in Form eines verdichteten Stangenmaterials. Ein derart aufgebautes „verdichtetes Stangenmaterial“ besteht aus im Vergleich zur Länge einer elektrischen Durchführung langen Abschnitten von Außenrohr, Isolierstoff, insbesondere in Form eines Isolierstoffrohrs und elektrischem Leiter, welche auf die vorstehend beschriebene Weise relativ zueinander angeordnet und verdichtet sind. Eine solche Verdichtung kann einerseits dadurch erfolgen, dass die einzelnen Komponenten miteinander verpresst sind, andererseits kann ein solcher Verdichtungseffekt aber auch z.B. durch Walzen, Hämmern oder Ziehen aus einem größeren Querschnitt erreicht werden.
- b) Entfernen des Außenrohrs an Abschnitten des Stangenmaterials, die voneinander um eine Länge, die der gewünschten Länge des Außenrohrs der herzustellenden Durchführung entspricht, beabstandet sind, wobei die Länge der Abschnitte, auf denen das Außenrohr entfernt wird, dem jeweils gewünschten Überstand des elektrischen Leiters relativ zur Stirnfläche entspricht,
- c) Entfernen des Isolierstoffs an Abschnitten des Stangenmaterials, die voneinander um eine Länge, die der gewünschten Länge des Außenrohrs der herzustellenden Durchführung entspricht, beabstandet sind, wobei die Länge der Abschnitte, auf denen der Isolierstoff entfernt wird, dem jeweils gewünschten Überstand des elektrischen Leiters relativ zur Stirnfläche entspricht, und
- d) Abtrennen eines Abschnitts des Stangenmaterials, dessen Länge der gewünschten Länge des elektrischen Leiters der herzustellenden Durchführung entspricht.
- a) Providing an outer tube, the interior of which is penetrated by an electrical conductor, which is surrounded by an insulating material in the interior of the outer tube, in the form of a compressed rod material. A “compacted rod material” constructed in this way consists of long sections of outer tube, insulating material, in particular in the form of an insulating material tube and electrical conductor, which are arranged and compressed relative to one another in the manner described above compared to the length of an electrical feedthrough. Such a compression can take place on the one hand in that the individual components are pressed together, on the other hand such a compression effect can also be achieved, for example, by rolling, hammering or pulling from a larger cross section.
- b) Removal of the outer tube at sections of the rod material which are spaced from one another by a length which corresponds to the desired length of the outer tube of the bushing to be produced, the length of the sections on which the outer tube is removed being the respectively desired protrusion of the electrical conductor corresponds to the face,
- c) Removing the insulating material at sections of the rod material which are spaced apart from one another by a length which corresponds to the desired length of the outer tube of the bushing to be produced, the length of the sections on which the insulating material is removed being the respectively desired protrusion of the electrical conductor corresponds to the face, and
- d) cutting off a section of the rod material, the length of which corresponds to the desired length of the electrical conductor of the bushing to be produced.
Wesentlich ist dabei, dass die Schritte des Verfahrens mit Ausnahme des Schritts a), welcher stets zuerst durgeführt wird, in unterschiedlicher Abfolge durchgeführt werden können. Beispielsweise ist es möglich, von dem in Schritt a) bereitgestellten Stangenmaterial zunächst gemäß Schritt d) einen Abschnitt abzutrennen und dann gemäß den Schritten b) und c) zu bearbeiten. Schritt d) kann aber auch der letzte Schritt sein und durch das Durchtrennen der letzten nach vollständiger Durchführung von Schritten b) und c) verbleibenden Schicht des Stangenmaterials, d.h. des elektrischen Leiters, erfolgen.It is essential that the steps of the method, with the exception of step a), which is always carried out first, can be carried out in different sequences. For example, it is possible to first cut off a section from the bar stock provided in step a) in accordance with step d) and then to process it in accordance with steps b) and c). However, step d) can also be the last step and can be carried out by severing the last layer of rod material, i.e. the electrical conductor, that remains after steps b) and c) have been completed.
Ebenfalls möglich ist, Schritt c) vor Schritt b) durchzuführen, z.B. indem ein Werkzeug von der Stirnseite des Stangenmaterials her in Kontakt mit dem Isolierstoff gebracht wird und diesen quasi aus dem Raum zwischen Außenrohr und elektrischem Leiter herausschabt.It is also possible to carry out step c) before step b), e.g. by bringing a tool into contact with the insulating material from the end face of the bar material and virtually scraping it out of the space between the outer tube and the electrical conductor.
Es ist auch nicht zwingend notwendig, dass die Bearbeitungsschritte gemäß b) und c) jeweils vollständig abgearbeitet werden, ehe zum nächsten Schritt übergegangen wird. Es muss also keineswegs erst das Außenrohr auf einem gewünschten Abschnitt komplett entfernt werden und dann der Isolierstoff auf dem gewünschten Abschnitt komplett entfernt werden. Vielmehr ist es möglich und zumindest dann, wenn das jeweilige Entfernen von Außenrohr und Isolierstoff mit demselben Werkzeug und/oder durch maschinelle Bearbeitung unter ähnlichen Randbedingungen wie z.B. Drehzahl, Anpressdruck ans Material o.ä. durchführbar ist, auch zweckmäßig, zunächst auf einem der Breite eines verwendeten Werkzeugs entsprechenden Teilabschnitt des gewünschten Abschnitts zunächst das Außenrohr und das Isoliermaterial abzutragen und gegebenenfalls sogar auch den elektrischen Leiter z.B. durch spanabhebende Bearbeitung zu formen und diese Schritte so lange am jeweils nächsten Teilabschnitt zu wiederholen, bis die Schritte b) und c) vollständig abgearbeitet sind.It is also not absolutely necessary that the processing steps according to b) and c) are each completely processed before moving on to the next step. It is therefore by no means necessary to first completely remove the outer tube on a desired section and then completely remove the insulating material on the desired section. Rather, it is possible and at least expedient if the respective removal of the outer tube and insulating material can be carried out with the same tool and / or by machining under similar conditions such as speed, contact pressure on the material or the like, initially on one of the widths of a tool used, first of all to remove the outer tube and the insulating material and, if necessary, even to remove the electrical conductor, for example, of the desired section to shape machining and to repeat these steps on the next section in each case until steps b) and c) have been completely processed.
Noch weiter ist es auch möglich, dass die Schritte b) und c) gleichzeitig durchgeführt werden, d.h. dass Außenrohr und Isolierstoff gleichzeitig durch das Werkzeug der Drehmaschine in einem Zug abgetragen werden.Even further, it is also possible that steps b) and c) are carried out simultaneously, i.e. that the outer tube and insulating material are removed at the same time by the tool of the lathe in one go.
Bereits an dieser Stelle wird explizit darauf hingewiesen, dass auch im Folgenden wenn von einem „weiteren Bearbeitungsschritt“ die Rede ist, dieser jeweils ganz oder teilweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Verfahrensablauf durchgeführt werden kann und insbesondere in der vorstehend beschriebenen Weise in mehreren Teilabschnitten ausgeführt werden kann.Already at this point it is explicitly pointed out that when a “further processing step” is mentioned in the following, this can be carried out in whole or in part at different points in time in the process and in particular can be carried out in several subsections in the manner described above .
Ein wesentlicher Teil der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus dem Übergang dazu, die elektrische Durchführung nicht mehr, wie bisher, modular aus Einzelteilen zusammenzusetzen, sondern stattdessen quasi „aus dem Vollen“ bzw. präziser formuliert aus einem als Stangenmaterial bereitgestellten verdichteten Komposit aus Außenrohr, dessen Innenraum von einem elektrischen Leiters durchsetzt wird, der im Innenraum des Außenrohres von einem Isolierstoff umgeben ist herausgearbeitet wird. „Als Stangenmaterial“ bedeutet dabei, dass das Material in einer Länge bereitgestellt wird, die die Länge der herzustellenden elektrischen Durchführungen bei weitem übertrifft, so dass eine Vielzahl von elektrischen Durchführungen aus einer Stange des Materials hergestellt werden kann. Die Verdichtung kann einerseits dadurch erfolgen, dass die einzelnen Komponenten miteinander verpresst sind, andererseits kann sie aber auch z.B. durch Walzen, Hämmern oder Ziehen aus einem größeren Querschnitt bewirkt werden.A significant part of the advantages of the method according to the invention results from the transition to no longer assembling the electrical feedthrough in a modular fashion from individual parts, but instead quasi "from the solid" or more precisely formulated from a compacted composite made of an outer tube provided as rod material , the interior of which is penetrated by an electrical conductor which is surrounded by an insulating material in the interior of the outer tube. “As rod material” means that the material is provided in a length that by far exceeds the length of the electrical feedthroughs to be produced, so that a large number of electrical feedthroughs can be produced from one rod of the material. On the one hand, compression can be achieved by pressing the individual components together, on the other hand, it can also be achieved, for example, by rolling, hammering or pulling from a larger cross-section.
Es hat sich gezeigt, dass diese Vorgehensweise mehrere Vorteile mit sich bringt:
- Erstens wirken sich bei der Verdichtung des Stangenmaterials dessen Endabschnitte, die zu einer ungleichmäßigen und insbesondere geringeren Verdichtung führen, kaum aus. Das bedeutet, dass die daraus hergestellten elektrischen Durchführungen -in ganz besonderem Maße dann, wenn die Endabschnitte des Stangenmaterials optional bei Verwendung einer neuen Stange jeweils abgetrennt werden- über ihre Länge hinweg gleichmäßiger, insbesondere auch gleichmäßig stärker verdichtet sind als bisher und Probleme mehr mit ausbrechendem Isolierstoff an den Enden werden effektiv vermieden.
- Firstly, when the rod material is compressed, its end sections, which lead to uneven and, in particular, less compression, have hardly any effect. This means that the electrical feedthroughs made therefrom - especially when the end sections of the rod material are optionally separated when using a new rod - are more evenly compressed over their length, in particular even more evenly more than before, and more problems with erupting Insulating material at the ends is effectively avoided.
Dies führt zu einer Verbesserung der Resistenz der so hergestellten elektrischen Durchführung gegen mechanische Belastung, insbesondere in Form von Zug, Torsion oder Vibration selbst dann, wenn nominell beim Verpressen mit demselben Druck gearbeitet wird wie bei bislang bekannten Herstellungsverfahren.This leads to an improvement in the resistance of the electrical bushing produced in this way to mechanical stress, in particular in the form of tension, torsion or vibration, even if the same pressure is nominally used during pressing as in the production processes known up to now.
Dieser Effekt wird aber noch dadurch gesteigert, dass bislang der zum Verpressen verwendbare Druck dadurch beschränkt war, dass eine Längung des Materials beim Verpressen vermieden werden musste, damit die Dimensionen der Durchführung und des elektrischen Leiters innerhalb der geforderten Toleranzen lag. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren jedoch die diesen Toleranzen unterworfenen Formen erst nach dem Verpressen aus dem Material herausgearbeitet werden, kann beim neuen Verfahren auch mit wesentlich höherem Druck gearbeitet werden.This effect is increased by the fact that up to now the pressure that can be used for pressing was limited by the fact that elongation of the material during pressing had to be avoided so that the dimensions of the bushing and the electrical conductor were within the required tolerances. However, since in the method according to the invention the shapes subject to these tolerances are only worked out of the material after pressing, the new method can also be used with significantly higher pressure.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt darüber hinaus aber noch einen weiteren signifikanten Vorteil mit sich. Wenn nämlich relativ weiche Materialien für den elektrischen Leiter der Durchführung verwendet werden, ist das spanende Bearbeiten dieser Leiter zum Bereitstellen geeigneter Anschlusskonturen, z.B. eines Anschlussgewindes, relativ schwierig durchzuführen, da sich die Materialien bei der Bearbeitung verformen können. Daher kann das Drehen oder Fräsen bei sehr weichem Material auch nicht sehr effizient erfolgen, da mit einem Zug nur wenig zugestellt werden kann und mit langsamem Vorschub gefahren werden muss. Diese Problematik wird umso stärker, je länger die für die Durchführung benötigten elektrischen Leiter sind.The method according to the invention also has a further significant advantage. If, in fact, relatively soft materials are used for the electrical conductor of the bushing, the machining of these conductors to provide suitable connection contours, for example a connection thread, is relatively difficult to carry out, since the materials can deform during processing. For this reason, turning or milling cannot be carried out very efficiently with very soft material, since only a little can be infeed with one pull and must be moved with a slow advance. This problem becomes more severe the longer the electrical conductors required for the implementation.
Da erfindungsgemäß die Formgebung der Anschlussabschnitte des elektrischen Leiters erst in verpresstem Zustand erfolgt, erhöht die dadurch erreichte Einbettung in Isolierstoff und Außenrohr eine größere Starrheit und Festigkeit des spanend zu bearbeiteten Objekts, was die Bearbeitung erleichtert.Since, according to the invention, the connection sections of the electrical conductor are only shaped in the pressed state, the resulting embedding in the insulating material and outer tube increases the rigidity and strength of the object to be machined, which makes machining easier.
Weitere fertigungstechnische Vorteile liegen darin, dass eine hohe Automatisierbarkeit des Verfahrens gegeben ist, die elektrischen Durchführungen können frei fallend auf einem Drehautomaten gefertigt werden. Zudem können aus demselben Stangenmaterial elektrische Durchführungen unterschiedlichster Länge und mit ganz unterschiedlichen Konturen der elektrischen Leiter gefertigt werden, was zu Vorteilen hinsichtlich der Lagerhaltung führt.Further advantages in terms of manufacturing technology are that the process can be automated to a high degree, and the electrical feedthroughs can be produced in a freely falling manner on an automatic lathe. In addition, electrical bushings of the most varied lengths and with completely different contours of the electrical conductors can be manufactured from the same rod material, which leads to advantages in terms of storage.
Überraschenderweise zeigt sich zudem, dass diese hinsichtlich des Materialverbrauchs auf den ersten Blick deutlich weniger effizient scheinende Herstellungsweise -schließlich werden nicht unerhebliche Anteile des eingesetzten Isolierstoffs und des eingesetzten Außenrohrs letztlich nur bereitgestellt, um wieder zerspant zu werden- diese Materialverluste durch den viel geringeren Anteil von Ausschussteilen, die den Spezifikationen nicht entsprechen, je nach Einzelfall teilweise kompensieren, komplett kompensieren oder sogar überkompensieren kann.Surprisingly, it is also shown that this production method, which at first glance appears to be significantly less efficient in terms of material consumption - ultimately only significant proportions of the insulating material used and the outer pipe used provided in order to be machined again - this material loss due to the much lower proportion of rejects that do not meet the specifications, can partially compensate, completely compensate or even overcompensate depending on the individual case.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden in einem weiteren Bearbeitungsschritt die die Stirnflächen des Außenrohrs überragenden Enden des den Innenraum des Außenrohrs durchsetzenden elektrischen Leiters in eine gewünschte Form gebracht. Dies kann insbesondere vollständig oder teilweise durch spanende Bearbeitung, z.B. durch Drehen oder Fräsen erfolgen.In a particularly preferred embodiment of the method, in a further processing step, the ends of the electrical conductor penetrating the interior of the outer tube projecting beyond the end faces of the outer tube are brought into a desired shape. In particular, this can be done completely or partially by machining, e.g. by turning or milling.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass in einem weiteren Bearbeitungsschritt die Oberfläche des Außenrohrs der Durchführung modifiziert wird. Dadurch können ohne hohen Mehraufwand auch elektrische Durchführungen gefertigt werden, die sehr geringe Außendurchmessertoleranzen problemlos erfüllen und/oder deren Oberflächengüte optimiert ist.Another advantageous development of the method consists in modifying the surface of the outer tube of the bushing in a further processing step. As a result, electrical feedthroughs can also be manufactured without a great deal of additional effort, which easily meet very small outside diameter tolerances and / or whose surface quality is optimized.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1a : ein erstes Stadium der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß dem Stand der Technik, -
1b : ein zweites Stadium der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß dem Stand der Technik als Querschnittsdarstellung längs zur Erstreckungsrichtung der elektrischen Durchführung, -
1c : eine Ausschnittsvergrößerung aus der Darstellung gemäß1b , -
1d : ein drittes Stadium der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß dem Stand der Technik, -
1e : die nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestellte Durchführung als Querschnittsdarstellung längs zur Erstreckungsrichtung der elektrischen Durchführung, und -
1f : eine Ausschnittsvergrößerung aus der Darstellung gemäß1e . -
2a : ein erstes Stadium der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, -
2b : ein zweites Stadium der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, -
2c : ein drittes Stadium der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, -
2d : ein viertes Stadium der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, -
2e : ein fünftes Stadium der Herstellung einer elektrischen Durchführung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. -
3a : eine erste Ausführungsform einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren elektrischen Durchführung, -
3b : eine zweite Ausführungsform einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren elektrischen Durchführung, -
3c : eine dritte Ausführungsform einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren elektrischen Durchführung, und -
3d : eine vierte Ausführungsform einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren elektrischen Durchführung in einer teilweise geöffneten Darstellung.
-
1a : a first stage in the manufacture of an electrical bushing according to the prior art, -
1b : a second stage of the production of an electrical bushing according to the prior art as a cross-sectional view along the direction of extension of the electrical bushing, -
1c : an enlarged section from the illustration according to1b , -
1d : a third stage of the manufacture of an electrical bushing according to the prior art, -
1e : the bushing produced by the method according to the prior art as a cross-sectional view along the direction of extension of the electrical bushing, and -
1f : an enlarged section from the illustration according to1e . -
2a : a first stage of the production of an electrical bushing according to the method according to the invention, -
2 B : a second stage of the production of an electrical bushing according to the method according to the invention, -
2c : a third stage of the production of an electrical bushing according to the method according to the invention, -
2d : a fourth stage of the production of an electrical bushing according to the method according to the invention, -
2e : a fifth stage of the production of an electrical bushing according to the method according to the invention. -
3a : a first embodiment of an electrical bushing that can be produced using the method according to the invention, -
3b : a second embodiment of an electrical bushing that can be produced using the method according to the invention, -
3c : a third embodiment of an electrical bushing that can be produced using the method according to the invention, and -
3d : a fourth embodiment of an electrical feedthrough which can be produced with the method according to the invention in a partially opened representation.
Für gleiche Bauteile gleicher Ausführungsformen wird in unterschiedlichen Figuren dasselbe Bezugszeichen verwendet, sofern nichts anderes angegeben ist.The same reference symbols are used in different figures for the same components of the same embodiments, unless otherwise indicated.
Zunächst soll anhand der
Anschließend wird das Rohr aus Isolierstoff
Wie in
Die Sequenz der
Aus dem Stangenmaterial
Wie in
In
Natürlich kann bei Verwendung einer entsprechenden Drehmaschine auch die Bearbeitung des zweiten Endes
Dann wird durch Durchtrennen des elektrischen Leiters
Then it is done by severing the
Es soll an dieser Stelle noch einmal betont werden, dass das „schichtweise“ Abtragen der gesamten jeweils abzutragenden Abschnitte von Außenrohr
Wesentlich ist lediglich, dass die Durchführung aus dem Stangenmaterial herausgearbeitet wird statt, wie bisher, aus Einzelkomponenten zusammengesetzt und verdichtet zu werden.It is only essential that the leadthrough is worked out of the bar material instead of, as before, being assembled from individual components and compacted.
Anhand der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100,200,310,320,330,340100,200,310,320,330,340
- elektrische Durchführungelectrical feedthrough
- 110,210,311,321,331,341110,210,311,321,331,341
- elektrischer Leiterelectrical conductor
- 120,220,342120,220,342
- IsolierstoffInsulating material
- 121,122121.122
- Stirnflächen des IsolierstoffsEnd faces of the insulating material
- 130,230,313,323,333,343130,230,313,323,333,343
- AußenrohrOuter tube
- 131,132,231,232,314,315,131,132,231,232,314,315,
- 324,325,334,335,344,345324,325,334,335,344,345
- Stirnflächen des AußenrohrsEnd faces of the outer tube
- 141,142141.142
- ZwischenraumSpace
- 211,212211.212
- Enden des elektrischen LeitersEnds of the electrical conductor
- 290290
- StangenmaterialBar stock
- 295295
- WerkzeugTool
- L, L'L, L '
- Länge des elektrischen LeitersLength of electrical conductor
- 11
- Länge des AußenrohrsLength of the outer tube
- d, d'd, d '
- Abstanddistance
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