DE102021128643B3

DE102021128643B3 - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung

Info

Publication number: DE102021128643B3
Application number: DE102021128643.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas SCHLIPF
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2041-11-04
Also published as: CN116073212A; US11440079B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung (20,30,40,50,60) mit einem zumindest abschnittsweise in einem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall angeordneten und von diesem durch ein elektrisch isolierendes Material (4,22,32,42,52,62) elektrisch isolierten mehrteiligen Innenleiter. Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren wenigstens ein Kontaktabschnitt (21,31a,31b,41,51a,51b,61a, 61b) und ein mit dem elektrisch isolierenden Material (4,22,32,42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall zu einem Komposit verdichtete Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) zum Lagern des wenigstens einen Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) als separate Baugruppen bereitgestellt und anschließend miteinander verbunden werden. Das Bereitstellen der Baugruppe mit dem mit dem elektrisch isolierenden Material (4,22,32,42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall zu einem Komposit verdichteten Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) umfasst den Schritt des Abtrennens eines Abschnitts eines verdichteten Stangenmaterials (1) aus einem metallischen Innenteil (3), dem elektrisch isolierenden Material (4) und dem Außenrohr (2), so dass der Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) aus dem metallischen Innenteil (3) gebildet wird.

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.
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.
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.
Zudem weist der elektrische Leiter der Durchführung auf seiner Anschlussseite oftmals ein Gewinde zur Sicherung eines elektrischen Anschlusses auf. Beim Anziehen und Lösen dieser Verbindung wirken neben Druck und Zug auch beachtliche Torsionskräfte.
In diesem Anwendungsfall muss also die elektrische Durchführung langfristig und andauernd einerseits einer hohe Temperaturbelastung, andererseits aber auch einer hohen Vibrationsbelastung sowie Stößen und Schlägen beim Betrieb des Fahrzeugs widerstehen. Deswegen ist es sehr wichtig, dass die elektrische Durchführung eine hohe mechanische Stabilität und Zugfestigkeit und eine hohe Belastbarkeit gegenüber Torsion aufweist.
Zur Fertigung derartiger elektrischer Durchführungen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den elektrischen Leiter, der beispielsweise bei vielen Anwendungen aus hochpreisigem Material wie z.B. NiCr8020 bestehen muss, als ein beispielweise 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.
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 Schlägen und Stößen, Zug, Torsion oder Vibration wirken; zudem erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass Abgas austreten kann.
Dies ist insbesondere deshalb von hoher Relevanz, weil die Länge des Außenrohres meist aufgrund konstruktiver Vorgaben hinsichtlich der Bauraumerfordernisse oft sehr gering ist.
Ferner kommt es dazu, dass Isoliermaterial an Stirnflächen des verdichteten Isolierrohrs ausbricht. Dadurch wird die Fläche zwischen Leiter und Isoliermaterial sowie Isoliermaterial und Außenrohr weiter reduziert, so dass die Durchführung noch weniger beständig gegen Schläge und Stöße, Druck, Zug und Torsion ist und die Wahrscheinlichkeit, das Abgas austreten kann.
Diese Probleme lassen sich mildern, aber nicht ganz vermeiden, wenn beim Verdichten 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.
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, z.B. einen konusförmigen Abschnitt um einen insbesondere flächigen Kontakt zu einem elektrischen Anschluss bereitzustellen sowie eine hohe Oberflächengüte.
Probleme bei der Einhaltung von Abstandstoleranzen und sonstigen Anforderungen an die Form des Kontaktelements bereitet insbesondere der Prozessschritt des Verdichtens. 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.
Eine andere, aus der DE 10 2012 110 098 B4 bekannte Vorgehensweise besteht darin, dass die elektrische Durchführung Innenleiter, Isoliermaterial und Außenrohr als ein verdichtetes, vorgefertigtes Stangenmaterial bereitzustellen und aus diesem Stangenmaterial die frei liegenden Leiterabschnitte des Innenmantels als Kontakte herauszuarbeiten und mit den gewünschten Außenkonturen zu versehen, beispielsweise durch Einschneiden eines Gewindes in den aus dem Stangenmaterial herausgearbeiteten Innenleiter. Damit lässt sich die Problematik der Abstandstoleranzen sicher lösen. Allerdings wird diese Sicherheit mit einem relativ hohen Materialverbrauch bezahlt. Gerade bei elektrischen Durchführungen, bei denen der Kontaktabschnitt lang ausgeführt sein muss, werden große Teile des Außenmantels einfach weggedreht und in Späne verwandelt. Abgesehen vom Außenmantel wird aber auch das Isoliermaterial, das oft Magnesiumoxid ist, weggedreht, verschmutzt in der Folge den Arbeitsraum der Maschine, die verwendet wird um den Innenleiter herauszuarbeiten und führt zu abrasiven Effekten und Abnutzungseffekten an dieser Maschine, die ihre Lebensdauer empfindlich verkürzen können. All dies verteuert die Herstellung solcher elektrischer Durchführungen.
Weitere elektrische Durchführungen sind bekannt aus der US 2003/0234115 A1 , der DE 10 2012 005 786 A1 und der DE 10 2016 209 282 A1 .
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung elektrischer Durchführungen bereitzustellen, das elektrische Durchführungen liefern kann, deren Qualität mit derjenigen der Durchführungen, die gemäß der Lehre der DE 10 2012 110 098 B4 gefertigt sind, vergleichbar ist, aber weniger Materialverbrauch und Verschleiß der zur Fertigung der elektrischen Durchführungen verwendeten Maschinen mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer elektrischen Durchführung mit einem zumindest abschnittsweise in einem Außenrohr aus Metall angeordneten und von diesem Außenrohr durch ein elektrisch isolierendes Material elektrisch isolierten mehrteiligen, also aus mehreren Teilen (die bei der fertigen elektrischen Durchführung in der Regel miteinander verbunden sind) zusammengesetzten Innenleiter.
Dabei weist der Innenleiter der fertiggestellten Durchführung wenigstens einen aus dem Außenrohr aus Metall herausragenden Kontaktabschnitt und einen mit dem elektrisch isolierende Material und dem Außenrohr aus Metall zu einem Komposit verdichteten, innerhalb des Außenrohrs angeordneten Lagerabschnitt zum Lagern des wenigstens einen Kontaktabschnitts auf. Dementsprechend bildet der Lagerabschnitt einen ersten Teil des mehrteiligen Innenleiters und der oder die Kontaktabschnitte bilden einen zweiten und gegebenenfalls weitere Teile des mehrteiligen Innenleiters.
Innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist der Lagerabschnitt im Sinne dieser Offenbarung dann, wenn die Kontaktfläche(n) des Lagerabschnitts, über die der elektrische Kontakt zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Lagerabschnitt hergestellt wird, höchstens teilweise aus dem Außenrohr hervorragen.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Kontaktabschnitt und der mit dem elektrisch isolierenden Material und dem Außenrohr aus Metall zu einem Komposit verdichtete Lagerabschnitt zum Lagern des wenigstens einen Kontaktabschnitts als separate Baugruppen bereitgestellt und anschließend miteinander verbunden werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Materialverbrauch ohne Abstriche hinsichtlich der Qualität der Durchführung, insbesondere von deren mechanischer Stabilität und der geometrischen Präzision der Kontaktabschnitte der Durchführung zu reduzieren und zugleich Fertigungsschritte, die hohen Verschleiß der zur Fertigung der elektrischen Durchführungen und zur Fertigung des Stangenmaterials verwendeten Maschinen mit sich bringen, zu vermeiden.
Zudem kann dieselbe Lagerbaugruppe für unterschiedliche Kontaktelemente verwendet werden, was dazu beitragen kann, die Variantenvielfalt zu reduzieren.
Hinsichtlich der erreichten mechanischen Stabilität bringt es dabei Vorteile mit sich, wenn der Kontaktabschnitt kontaktfrei zum elektrisch isolierenden Material im Lagerabschnitt gelagert wird.
Erfindungsgemäß umfasst das Bereitstellen der Baugruppe mit dem mit dem elektrisch isolierende Material und dem Außenrohr aus Metall zu einem Komposit verdichteten Lagerabschnitt den Schritt des Abtrennens eines Abschnitts eines verdichteten Stangenmaterials aus einem metallischen Innenteil, beispielsweise einer Stange, einem Rohr oder einem Rohr mit einem darin eingeschobenen Kern, dem elektrisch isolierenden Material und dem Außenrohr, so dass der Lagerabschnitt aus dem metallischen Innenteil gebildet wird. Auf diese Weise werden die unerwünschten Effekte, die sich beim Verpressen oder Verdichten in den Endbereichen ergeben können, vermieden.
Ein derart aufgebautes verdichtetes Stangenmaterial besteht aus im Vergleich zur Länge einer elektrischen Durchführung langen Abschnitten von Außenrohr, Isolierstoff, insbesondere entweder in Form eines porösen Isolierstoffrohrs oder in Form eines Pulvers oder Granulats, und elektrischem Leiter, welche auf die vorstehend beschriebene Weise relativ zueinander angeordnet und verdichtet bzw. verpresst sind. Dies kann auch z.B. durch Walzen, Hämmern oder Ziehen aus einem größeren Querschnitt erreicht werden.
Es unterfällt aber beispielsweise auch dem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn Außenrohr, elektrisch isolierendes Material und metallischer Innenleiter in einer Länge bereitgestellt werden, die die vorgesehene Länge des Halteabschnitts übersteigt, z.B. um 10mm oder 20mm, und dann nach dem Verdichten zu dem verdichteten Komposit ein- oder beidseitig ein -vorzugsweise kompletter- Endabschnitt des verdichteten Komposits entfernt wird.
In der mit den wenigsten Verfahrensschritten realisierbaren Ausführungsform können der oder die Kontaktabschnitte einfach an einer Stirnseite des den Lagerabschnitt bildenden metallischen Innenteils angeschweißt oder angelötet werden.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung weist das Bereitstellen der Baugruppe mit dem mit dem elektrisch isolierende Material und dem Außenrohr aus Metall zu einem Komposit verdichteten Lagerabschnitt ferner den Schritt des Einbringens mindestens einer Öffnung in das den Lagerabschnitt bildenden metallische Innenteil auf. Durch diese Maßnahme kann einerseits eine höhere Positioniergenauigkeit für den oder die Kontaktabschnitte erreicht werden. Andererseits können mögliche Kontaktprobleme hinsichtlich des elektrischen Kontakts zwischen Lagerabschnitt und Kontaktabschnitt verringert, eliminiert oder irrelevant gemacht werden.
Letzteres ist insbesondere dann der Fall, wenn die Öffnung so in das den Lagerabschnitt bildenden metallische Innenteil eingebracht wird, dass sie ihn vollständig durchsetzt und der Kontaktabschnitt so in die Öffnung eingeschoben wird, dass er auf beiden Seiten aus der Öffnung herausragt. Alternativ dazu können natürlich auch zwei Kontaktabschnitte von den einander gegenüberliegenden Ende der Öffnung her eingeschoben werden, wobei dann der elektrische Kontakt zwischen diesen beiden Kontaktabschnitten sichergestellt werden muss.
Allerdings sollte dann der Kontaktabschnitt derart in der Öffnung befestigt werden, dass die Baugruppe aus Kontaktabschnitt mit darin befestigtem Lagerabschnitt hinreichend dicht ist, was bedeutet, dass bei einer Verwendung der Durchführung in einem Abgaskanal der Austritt von Abgasen bzw. auf eine tolerable Leckrate reduziert ist, was beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten sichergestellt werden kann. Dafür sind in dieser Ausführungsform denkbare Kontaktprobleme, die sich aus der Mehrteiligkeit des Innenleiters ergeben können, vollständig eliminiert, da der Kontaktabschnitt die Durchführung vollständig durchsetzt. Grundsätzlich kommt daher in diesen Ausführungsformen auch in Betracht, dass Kontaktabschnitt und Halteabschnitt aus unterschiedlichen Materialien bestehen, weil die elektrischen Leitungseigenschaften des Halteabschnitts von nachrangiger Bedeutung sind; dieser Möglichkeit stehen aber oftmals die hohen Anforderungen an Materialeigenschaften des Innenleiters entgegen.
Aber auch wenn die Verwendung gleicher Materialien für Halteabschnitt und Kontaktabschnitt für eine gegebene Anwendung erforderlich ist, kann insbesondere in Verbindung mit der Maßnahme, dass zum Bereitstellen der Baugruppe mit dem mit dem elektrisch isolierende Material und dem Außenrohr aus Metall zu einem Komposit verdichteten Lagerabschnitt ein rohrförmiges metallisches Innenteil mit dem elektrisch isolierenden Material und dem Außenrohr zu einem Komposit verdichtet wird, so dass der Lagerabschnitt aus dem rohrförmigen metallischen Innenteil gebildet wird, auf diese Weise die Menge an hochwertigem und teurem Material für das metallische Innenteil, die eingesetzt werden muss, deutlich reduziert werden.
Dies kann auch bei sehr hohen Drücken beim Verpressen oder Verdichten des rohrförmigen Stangenmaterials mit dem elektrisch isolierenden Material und dem Außenrohr zu einem-Komposit, bei denen zu befürchten ist, dass die strukturelle Stabilität eines rohrförmigen metallischen Innenteils dem wirkenden Druck nicht stand hält, realisiert werden, wenn während des Verdichtens des rohrförmige Stangenmaterials der Rohrinnenraum des rohrförmigen Stangenmaterials mit einem Kern gefüllt ist, der nach dem Verdichten aus dem Rohrinnenraum entfernt wird. Dies kann beispielsweise ein Kalibrierdorn, der anschließend herausgedrückt wird oder ein Kern aus einem günstigen Material, z.B. einem Normalstahl sein, der dann ausgebohrt oder ausgedreht werden kann.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Öffnung als Sackloch in das den Lagerabschnitt bildende metallische Innenteil eingebracht wird und dass ein Ende des Kontaktabschnitts in das Sackloch eingeschoben und dort befestigt wird. In dieser Variante werden insbesondere etwaige Leckagen, die sich aus der Mehrteiligkeit des Innenleiters ergeben könnten, sicher vermieden, weil der Halteabschnitt nicht vollständig durchbrochen wird.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Öffnung konzentrisch zur Rohrmittelachse des Außenrohrs eingebracht wird, auch wenn diese nicht mit der Mittelachse des Lagerabschnitts übereinstimmt.
Da beim Verdichten zum Stangenmaterial häufig Verschiebungen und Verkippungen des metallischen Innenteils auftreten, kann es vorteilhaft sein, wenn vor dem Verbinden des Kontaktabschnitts mit dem Lagerabschnitt die Lage des Lagerabschnitts relativ zum Außenrohr bestimmt wird und diese Bestimmung zur Positionierung des Kontaktabschnitts verwendet wird. Auf diese Weise ist es möglich, Verschiebungen und/oder Verkippungen des Innenleiters, die beim Verdichten häufig auftreten, zu kompensieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Verbinden des wenigstens einen Kontaktabschnitts mit dem mit dem elektrisch isolierenden Material und dem Außenrohr aus Metall zu einem Komposit verdichteten Lagerabschnitt zum Lagern des wenigstens einen Kontaktabschnitts derart durchgeführt wird, dass eine Längung und/oder eine mindestens partielle Gefügeänderung des wenigstens einen Kontaktabschnitts vermieden wird. Dies ist beim Löten und Schweißen gewährleistet, schließt aber insbesondere eine Presskontaktierung aus.
Insbesondere wird das Verfahren ohne Änderung des Gefüges des wenigstens einen Kontaktabschnitts nach seiner Bereitstellung durchgeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Es zeigt:

1a: Ein erstes Zwischenstadium bei der Bereitstellung einer Baugruppe für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
1b: ein zweites Zwischenstadium bei der Bereitstellung einer Baugruppe für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2a: einen Schritt bei der Herstellung einer ersten elektrischen Durchführung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,
2b: die durch das Verfahren erhaltene elektrische Durchführung,
3a: einen Schritt bei der Herstellung einer zweiten elektrischen Durchführung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,
3b: die durch das Verfahren erhaltene elektrische Durchführung,
4a: einen Schritt bei der Herstellung einer dritten elektrischen Durchführung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,
4b: die durch das Verfahren erhaltene elektrische Durchführung,
5a: einen Schritt bei der Herstellung einer vierten elektrischen Durchführung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,
5b: die durch das Verfahren erhaltene elektrische Durchführung, und
6: eine sechste mit einem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare elektrische Durchführung.

Wie man den 2a,b, 3a,b, 4a,b, 5a,b und 6 jeweils entnimmt ist wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren, dass die jeweilige elektrische Durchführung 20,30,40,50,60 und insbesondere ihr Innenleiter aus mindestens zwei separaten Baugruppen, nämlich mindestens einem Kontaktabschnitt 21,31a,31b, 41,51a,51b,61a,61b als erste Baugruppe und einem mit elektrisch isolierende Material 22,32,42,52,62 und einem Außenrohr 23,33,43,53,63 aus Metall zu einem Komposit verdichteten, vollständig innerhalb des Außenrohrs 22,33,43,53,63 aus Metall angeordneten Lagerabschnitt 24,34,44,54,64 zum Lagern des wenigstens einen Kontaktabschnitts 21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b als zweite Baugruppe, die fortan als „Lagerbaugruppe“ bezeichnet wird, zusammengesetzt wird.
Zur Bereitstellung der Lagerbaugruppe wird dabei erfindungsgemäß, wie man den 1a und 1b entnehmen kann, ein Stangenmaterial 1 verwendet, welches durch Verdichten eines in den Innenraum eines Außenrohrs 2 aus Metall aufgenommenen metallischen Innenteils 3, der von diesem durch ein elektrisch isolierendes Material 4, beispielsweise durch Formteile aus Magnesiumoxid, Magnesiumoxidpulver oder Magnesiumoxidgranulat elektrisch isoliert ist, erzeugt wurde.
Das metallische Innenteil, das später zur Bildung des Lagerabschnitts 24,34,44,54,64 des Innenleiters der elektrischen Durchführung 20,30,40,50,60 dient, kann massiv sein; in der in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsform ist der Metallisches Innenteil 3 allerdings rohrförmig ausgestaltet und mit einem Kern 5 ausgefüllt, um Formstabilität beim Verdichten, das mit hohem Druck erfolgen muss, um sicherzustellen, dass die Porösität des elektrisch isolierende Materials 4 hinreichend reduziert wird, zu gewährleisten. Der Kern 5 ist nicht in allen Fällen notwendig; es kann auch ausreichen, lediglich ein rohrförmiges metallisches Innenteil zu verwenden.
Die einfachste Lagerbaugruppe, die in dem Ausführungsbeispiel der elektrischen Durchführung 60 nach 6 angewendet wird, erhält man einfach durch das Abtrennen eines Abschnitts der nötigen Länge aus dem Stangenmaterial 1, das hier mit dem Werkzeug 9 erfolgt. Die separat gefertigten Kontaktabschnitte 61a,61b können dann beidseitig an den Stirnseiten an Löt-oder Schweißstellen 65a,65b an den Lagerabschnitt 64, der einfach durch das in dieser Ausführungsform vorzugsweise nicht rohrförmig sondern massiv ausgestaltete metallische Innenteil 3 gebildet wird, angeschweißt oder angelötet werden.
Dabei ist in dem gezeigten Beispiel der elektrischen Durchführung bei der Bereitstellung der Lagerbaugruppe während der Herstellung des Stangenmaterials ein Versatz des metallischen Innenteils 3 aufgetreten, der dazu führt, dass dieses asymmetrisch relativ zur Mittelachse des Außenrohrs 63angeordnet ist und dass die Dicke des elektrisch isolierenden Materials 4 in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich ist. Die separat gefertigten Kontaktabschnitte 61a,61b sind aber relativ zum Außenrohr 63 aus Metall zentriert.
Grundsätzlich kann ein solcher Versatz auch bei allen anderen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein und beim Verbinden der jeweiligen Kontaktabschnitte 21,31a,31b, 41,51a,51b,61a,61b und der jeweiligen Lagerbaugruppe 20,30,40,50,60 kompensiert werden.
Um die Lagerbaugruppe, die in dem Ausführungsbeispiel der elektrischen Durchführung 20 nach 2a,2b angewendet wird zu realisieren, muss man, wie in 1a und 1b gezeigt ist, vor dem Abtrennen eines Abschnitts 1a des Stangenmaterials 1 unter Verwendung des Werkzeugs 9 eine Öffnung 6 in das metallische Innenteil 3 einbringen, um den Lagerabschnitt 24 zu bilden, beispielsweise wie in 1a gezeigt mit einem Bohrer 8, und zwar bis zu einer Tiefe, die größer ist als die gewünschte Länge der Lagerbaugruppe. Bei diesem Prozess kann gleichzeitig ein etwaig vorhandener Kern 5 ausgebohrt werden. Beim Einbringen der Öffnung 6 sollte diese vorzugsweise relativ zum Außenrohr 2 zentriert werden.
Wie in 2a und 2b dargestellt, kann dann einfach ein separat gefertigter Kontaktabschnitt 21 in die Lagerbaugruppe eingeschoben und mit dieser verbunden werden, beispielsweise durch einen Lotring 25. Wichtig ist dabei aber, dass der Ringspalt zwischen dem Kontaktabschnitt 21 und dem Lagerabschnitt 24 hinreichend durch den Lotring 25 so dicht verschlossen ist, dass die Leckrate hinreichend niedrig für die geplante Anwendung ist.
Will man eine solche Problematik vermeiden, ist dies durch eine Ausgestaltung der Lagerbaugruppe wie in 3a und 3b dargestellt möglich. In dieser Ausgestaltung werden in das metallische Innenteil 3 zur Bildung des Lagerabschnitts von beiden Seiten her Öffnungen so eingebracht, dass zwischen ihnen eine Trennwand aus dem Material des metallischen Innenteils 3 stehen bleibt. Dies kann entweder nach dem Abtrennen eines Stücks gewünschter Länge vom Stangenmaterial 1 von beiden Seiten her oder von der einen Seite vor dem Abtrennen und von der anderen Seite nach dem Abtrennen geschehen. In diese Öffnungen werden dann die separat gefertigten Baugruppen in Gestalt der Kontaktabschnitte 31a,31b eingeschoben und mit Lotringen 35a,35b befestigt.
Die in den 4a und 4b gezeigte elektrische Durchführung 40 unterscheidet sich von der elektrischen Durchführung 20 der 2a und 2b hinsichtlich der Lagerbaugruppe und der Art der Befestigung des Kontaktabschnitts 41 in dem Lagerabschnitt 44, die durch die andere Lagerbaugruppe ermöglicht wird. Hier ist an beiden Enden bei der Bereitstellung der Lagerbaugruppe ein schmaler Ring des Außenrohrs 2 und des elektrisch isolierenden Materials 4 abgetragen, z.B. abgedreht worden, so dass beidseitig am Ende des Lagerabschnitts 44 eine Schweißlippe entsteht, an der eine Schweißverbindung 46a,46b erzeugt wird. Auch hier ist darauf zu achten, dass die Schweißverbindungen 46a,46b die Dichtheit des Ringspalts gewährleisten. Man erkennt sofort, dass die Kontaktfläche(n) des Lagerabschnitts 44, über die der elektrische Kontakt zwischen dem Kontaktabschnitt 41 und dem Lagerabschnitt 44 höchstens teilweise aus dem Außenrohr 43 hervorragen, so dass der Lagerabschnitt 41 im Sinne dieser Beschreibung innerhalb des Außenrohrs 43 angeordnet ist.
Die in den 5a und 5b gezeigte elektrische Durchführung 50 unterscheidet sich von der elektrischen Durchführung 30 der 3a und 3b hinsichtlich der Lagerbaugruppe und der Art der Befestigung des Kontaktabschnitts 51 in dem Lagerabschnitt 54, die durch die andere Lagerbaugruppe ermöglicht wird. Wie im Ausführungsbeispiel der 4a und 4b ist auch hier an beiden Enden bei der Bereitstellung der Lagerbaugruppe ein schmaler Ring des Außenrohrs 2 und des elektrisch isolierenden Materials 4 abgetragen, z.B. abgedreht worden, so dass beidseitig am Ende des Lagerabschnitts 54 eine Schweißlippe entsteht, an der eine Schweißverbindung 56a,56b erzeugt wird.
Bezugszeichenliste

1: Stangenmaterial
3: metallisches Innenteil
5: Kern
20,30,40,50,60: elektrische Durchführung
21,31a,31b,41,51a,51b, 61a,61b: Kontaktabschnitt
4,22,32,42,52,62: elektrisch isolierendes Material
2,23,33,43,53,63: Außenrohr
24,34,44,54,64: Lagerabschnitt
25,35a,35b: Lotring
46a,46b,56a,56b: Schweißverbindung
65a,65b: Löt- oder Schweißstelle
A: Mittelachse des Außenrohrs

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung (20,30,40,50,60) mit einem zumindest abschnittsweise in einem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall angeordneten und von diesem durch ein elektrisch isolierendes Material (4,22,32,42,52,62) elektrisch isolierten mehrteiligen Innenleiter, wobei der Innenleiter der fertiggestellten Durchführung (20,30,40,50,60) wenigstens einen aus dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall herausragenden Kontaktabschnitt (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) und einen mit dem elektrisch isolierenden Material (4,22,32,42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall zu einem Komposit verdichteten, innerhalb des Außenrohrs (2,23,33,43,53,63) angeordneten Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) zum Lagern des wenigstens einen Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) aufweist, wobei bei dem Verfahren der wenigstens eine Kontaktabschnitt (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) und der mit dem elektrisch isolierenden Material (4,22,32,42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall zu einem Komposit verdichtete Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) zum Lagern des wenigstens einen Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) als separate Baugruppen bereitgestellt und anschließend miteinander verbunden werden, wobei das Bereitstellen der Baugruppe mit dem mit dem elektrisch isolierenden Material (4,22,32,42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall zu einem Komposit verdichteten Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) den Schritt des Abtrennens eines Abschnitts eines verdichteten Stangenmaterials (1) aus einem metallischen Innenteil (3), dem elektrisch isolierenden Material (4) und dem Außenrohr (2) umfasst, so dass der Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) aus dem metallischen Innenteil (3) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (21,31a,31b,41,51a,51b,61b) kontaktfrei zum elektrisch isolierenden Material (4,22,32,42,52,62) im Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) gelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kontaktabschnitt (21,31a,31b,41,51a,51b,61a, 61b) an einer Stirnseite des den Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) bildenden metallischen Innenteils (3) angeschweißt oder angelötet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Baugruppe mit dem mit dem elektrisch isolierende Material (4,22,32,42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall zu dem Komposit verdichteten Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) ferner den Schritt des Einbringens mindestens einer Öffnung in das den Lagerabschnitt (24,34,44,54, 64) bildenden metallische Innenteil (3) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung so in das den Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) bildende metallische Innenteil (3) eingebracht wird, dass sie ihn vollständig durchsetzt, dass der Kontaktabschnitt (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) so in die Öffnung eingeschoben wird, dass er auf beiden Seiten aus der Öffnung herausragt und dass der Kontaktabschnitt (21,31a,31b,41, 51a,51b,61a,61b) derart in der Öffnung befestigt wird, dass die Baugruppe aus Kontaktabschnitt (21,31a,31b,41,51a,51b, 61a,61b) mit darin befestigtem Lagerabschnitt (24,34,44,54, 64) dicht ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung als Sackloch in das den Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) bildenden metallische Innenteil (3) eingebracht wird und dass ein Ende des Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) in das Sackloch eingeschoben und dort befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung konzentrisch zur Rohrmittelachse (A) des Außenrohrs (2,23,33,43,53,63) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verbinden des Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a, 61b) mit dem Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) die Lage des Lagerabschnitts (24,34,44,54,64) relativ zum Außenrohr (2,23,33,43,53,63) bestimmt wird und dass diese Bestimmung zur Positionierung des Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41, 51a,51b,61a,61b) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen der Baugruppe mit dem mit dem elektrisch isolierende Material (4,22,32,42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall zu einem Komposit verdichteten Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) ein rohrförmiges metallisches Innenteil (3) mit dem elektrisch isolierenden Material (4,22,32, 42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall verdichtet wird, so dass der Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) aus dem rohrförmigen metallischen Innenteil (3) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verpressens des rohrförmigen metallischen Innenteils (3) mit dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) und dem elektrisch isolierenden Material (4,22,32,42,52,62) zu dem Komposit der Rohrinnenraum des rohrförmigen metallischen Innenteils (3) mit einem Kern (5) gefüllt ist, der nach dem Verpressen aus dem Rohrinnenraum entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden des wenigstens einen Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) mit dem mit dem elektrisch isolierenden Material (4,22,32,42,52,62) und dem Außenrohr (2,23,33,43,53,63) aus Metall verdichteten Lagerabschnitt (24,34,44,54,64) zum Lagern des wenigstens einen Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) derart durchgeführt wird, dass eine Längung und/oder eine mindestens partielle Gefügeänderung des wenigstens einen Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) vermieden wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach der Bereitstellung des Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) keine Verfahrensschritte aufweist, bei denen das Gefüge des Kontaktabschnitts (21,31a,31b,41,51a,51b,61a,61b) verändert wird.