DE102021128796A1 - Electrical power feedthrough - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Stromdurchführung (1) an einer Öffnung (7) eines dünnwandigen Blechteils (5), das für einen Einsatz im Bereich einer temperierten Fluidleitung, insbesondere einer Brennstoffzelle, einer Brennkraftmaschine oder eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist, wobei die elektrische Stromdurchführung (1) einen Anschluss (8) aufweist, der an der Öffnung (7) eines Blechteils (5) elektrisch isoliert angeordnet ist.Um eine elektrische Stromdurchführung der genannten Art zu schaffen, die bei vereinfachtem Aufbau weniger Bauraum einnimmt, wird vorgeschlagen, dass der Anschluss (8) im Bereich der Öffnung (7) durch einen Isolierkörper (9) an dem Blechteil (5) einer Abschirmvorrichtung (2) fixiert ist, wobei der Anschluss (8) durch die Öffnung (7) hindurch verlängert ist und an einem freien Endbereich (10) eine elektrische Verteilvorrichtung (11) trägt, wobei zwischen dem Blechteil (5) und der Verteilvorrichtung (11) eine Isolierung (3) der Abschirmvorrichtung (2) angeordnet ist.The present invention relates to an electrical current feedthrough (1) at an opening (7) of a thin-walled sheet metal part (5) which is designed for use in the area of a temperature-controlled fluid line, in particular a fuel cell, an internal combustion engine or an exhaust system of a motor vehicle, the electrical current bushing (1) has a connection (8) which is arranged in an electrically insulated manner at the opening (7) of a sheet metal part (5). that the connection (8) is fixed in the area of the opening (7) by an insulating body (9) on the sheet metal part (5) of a shielding device (2), the connection (8) being extended through the opening (7) and on a free end region (10) carries an electrical distribution device (11), insulation (3) of the shielding device (2) being arranged between the sheet metal part (5) and the distribution device (11).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Stromdurchführung an einer Öffnung eines dünnwandigen Blechteils, das für einen Einsatz im Bereich eines temperierten Gegenstands angeordnet ist, insbesondere einer Brennstoffzelle, einer Brennkraftmaschine oder eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Stromdurchführung einen Anschluss aufweist, der an der Öffnung des Blechteils elektrisch isoliert angeordnet ist.The present invention relates to an electrical power feedthrough at an opening of a thin-walled sheet metal part that is arranged for use in the area of a temperature-controlled object, in particular a fuel cell, an internal combustion engine or an exhaust system of a motor vehicle, the electrical power feedthrough having a connection that is at the opening of the sheet metal part is arranged in an electrically insulated manner.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Stromdurchführungen an Gehäusen seit langer Zeit und in großer Vielfalt bekannt. Zu den wohl einfachsten Durchführungen zählen beispielsweise Schaltschrankdurchführungen oder Anschlüsse für handelsübliche Kaltgeräte-Stecker. Als elektrisches Isolationsmaterial stromführender Komponenten kommen je nach Einsatzbereich Kunststoffkomponenten, Glas- oder Keramikkomponenten zum Einsatz. Als stromführende Komponenten werden in einem jeweiligen Anschlussbereich z.B. Kontaktstifte oder Pins verwendet, die weitestgehend aus metallischen Werkstoffen bestehen. Eine Befestigung einer derartigen Durchführung an dem betreffenden Bauteil-Gehäuse kann je nach Anforderung z.B. durch Klemmen, Kleben, Schrauben, Schweißen, Löten, etc. erfolgen.Electrical feedthroughs on housings have been known for a long time and in great variety from the prior art. The probably simplest bushings include, for example, control cabinet bushings or connections for commercially available cold device plugs. Depending on the area of application, plastic components, glass or ceramic components are used as electrical insulation material for current-carrying components. In a respective connection area, e.g. contact pins or pins are used as current-carrying components, which consist largely of metallic materials. Such a bushing can be attached to the component housing in question, depending on the requirements, e.g. by clamping, gluing, screwing, welding, soldering, etc.
Für den Anwendungsfall einer elektrischen Speisung eines durch einen Wabenkörper aktiv beheizbaren Katalysators ist z.B. aus der
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe eine elektrische Stromdurchführung der genannten Art zu schaffen, die bei vereinfachtem Aufbau weniger Bauraum einnimmt.The object of the present invention is to provide an electrical current feedthrough of the type mentioned which, with a simplified structure, takes up less space.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Demnach zeichnet sich eine elektrische Stromdurchführung an einer Abschirmvorrichtung, das als dünnwandiges und mit einer thermischen Isolierung gefülltes Gehäuse im Einsatz im Bereich eines temperierten Gegenstands angeordnet ist, insbesondere einer Brennstoffzelle, einer Brennkraftmaschine oder eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs, dadurch aus, dass der Anschluss im Bereich der Öffnung durch einen Isolierkörper an dem Blechteil fixiert ist, wobei der Anschluss durch die Öffnung hindurch verlängert ist und an einem freien Ende eine elektrische Verteilvorrichtung trägt, wobei die Verteilvorrichtung von der Isolierung der Abschirmvorrichtung umgeben ist. Damit ist der Anschluss einer erfindungsgemäßen Durchführung gegenüber dem Blechteil in definierter Weise sicher fixiert und zugleich auch elektrisch isoliert. Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass der Isolierkörper selber je nach Anwendungsfall und thermischer Beanspruchung aus einer Keramik, Glas, Glimmer und/oder einem Kunststoff oder z.B. Teflon besteht. Es kann damit auf bekannte Materialien und ausreifte Fertigungsverfahren zurückgegriffen werden, um beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung innerhalb einer Abschirmvorrichtung sicher zu versorgen, wie z.B. in der
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Demnach weist der Isolierkörper einen Außenmantel auf, über den der Isolierkörper an dem Blechteil fixiert ist.Advantageous developments are the subject of the subclaims. Accordingly, the insulating body has an outer jacket, via which the insulating body is fixed to the sheet metal part.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Außenmantel des Isolierkörpers als metallischer Zylinder ausgeführt. Vorzugsweise weist der Außenmantel ein Außengewinde auf, oder er ist z.B. zum Verschweißen oder Fixieren durch Falten oder Durchsetzfügen ausgebildet.In a preferred embodiment of the invention, the outer casing of the insulating body is designed as a metallic cylinder. The outer casing preferably has an external thread, or it is designed, for example, for welding or fixing by folding or clinching.
Vorteilhafterweise ist die Fixierung des Isolierkörpers durch Verschrauben, Verschweißen, Falten, Durchsetzfügen an dem Blechteil realisiert.The fixing of the insulating body is advantageously realized by screwing, welding, folding, clinching on the sheet metal part.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Isolierkörper eine Schulter auf, deren Durchmesser größer als ein Durchmesser der Öffnung des Blechteils der Abschirmvorrichtung ist. Damit kann der Isolierkörper nur bis zu dieser Schulter durch die Öffnung des Blechteils der Abschirmvorrichtung eingeführt werden, so dass sich in einer Fertigung eine gleichbleibende Anordnung von Durchführungen an Abschirmteilen ergibt. Dabei ist eine Montage von beiden Seiten der Durchführung an einem Abschirmteil möglich, wie nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels noch konkret dargestellt und erläutert wird.In a particularly preferred embodiment of the invention, the insulating body has a shoulder whose diameter is larger than a diameter of the opening of the sheet metal part of the shielding device. The insulating body can thus only be inserted through the opening of the sheet metal part of the shielding device as far as this shoulder, so that there is a constant arrangement of bushings on shielding parts during manufacture. It is possible to mount the bushing on a shielding part from both sides, as will be specifically illustrated and explained below using an exemplary embodiment.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Verteilvorrichtung einstückig an dem freien Ende des Anschlusses angeordnet. Dabei ist der Anschluss beispielsweise als Rohrstück ausgeführt, dessen freier Endbereich zur Ausbildung einer Verteilvorrichtung in einzelne Zungen geschnitten worden ist.In one embodiment of the invention, the electrical distribution device is arranged in one piece at the free end of the connection. In this case, the connection is designed, for example, as a piece of pipe, the free end area of which has been cut into individual tongues to form a distribution device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung läuft das freie Ende des Anschlusses in mindestens einen Arm aus. Der Arm ist gegenüber einer Mittelachse des Anschlusses abgewinkelt ausgerichtet, vorzugsweise um ca. 90°.According to a preferred embodiment of the invention, the free end of the connector terminates in at least one arm. The arm is oriented at an angle relative to a central axis of the connection, preferably by approximately 90°.
Die elektrische Verteilvorrichtung ist in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung durch Verschweißen, Nieten, Falten oder Durchsetzfügen an dem freien Ende des Anschlusses fixiert.In preferred embodiments of the invention, the electrical distribution device is fixed to the free end of the connection by welding, riveting, folding or clinching.
Vorteilhafterweist ist die elektrische Verteilvorrichtung als Stanz-Biegeteil ausgeführt. Als mehr oder weniger ebenes Bauteil ist die elektrische Verteilvorrichtung damit aus einem Blech bei weitgehend freier Formgebung schnell, preiswert und genau reproduzierbar herzustellen.Advantageously, the electrical distribution device is designed as a stamped and bent part. As a more or less flat component, the electrical distribution device can thus be produced quickly, inexpensively and precisely reproducibly from sheet metal with largely free shaping.
Vorzugsweise weise die elektrische Verteilvorrichtung in einer Ausführungsform selber definierte Anschlüsse auf, insbesondere in Form von konkreten Anschluss-Fahnen, an denen Stecker fixierbar sind, oder die dazu ausgebildet sind, dass daran elektrische Leiter, aber auch Heizdrähte durch Falten fixierbar sind.In one embodiment, the electrical distribution device preferably has self-defined connections, in particular in the form of specific connection lugs, to which plugs can be fixed, or which are designed so that electrical conductors, but also heating wires, can be fixed to them by folding.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 : eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Durchführung als im Wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil mit zwei alternativen Fixierungen an einer Abschirmeinrichtung in einer Einbaulage; -
2 : eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Durchführung analog der Darstellung von1 ; -
3 : eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Durchführung analog der Darstellung von1 und2 ; -
4 : eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Durchführung mit zwei Anschluss-Polen basierend auf dem Ausführungsbeispiel gemäß3 ; -
5 und6 :- Draufsichten von Ausführungsbeispielen von elektrischen Verteilvorrichtungen und
-
7 : eine Draufsicht auf eine Anordnung von elektrischen Verteilvorrichtungen nach6 für ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Durchführung gemäß4 .
-
1 1: a sectional view of a first exemplary embodiment of an electrical feedthrough as a substantially rotationally symmetrical component with two alternative fixations on a shielding device in an installed position; -
2 : a sectional view of a second exemplary embodiment of an electrical feedthrough analogous to the representation in FIG1 ; -
3 : a sectional representation of a third exemplary embodiment of an electrical feedthrough analogous to the representation in FIG1 and2 ; -
4 1: a sectional view of an exemplary embodiment of an electrical feedthrough with two connection poles based on the exemplary embodiment according to FIG3 ; -
5 and6 :- Plan views of embodiments of electrical distribution devices and
-
7 : a plan view of an arrangement of electrical distribution devices according to FIG6 for an exemplary embodiment of an electrical feedthrough according to FIG4 .
Über die verschiedenen Abbildungen der Zeichnung hinweg werden für gleiche Elemente oder Verfahrensschritte stets die gleichen Bezugszeichen verwendet.The same reference numbers are used for the same elements or method steps throughout the various figures of the drawing.
Ohne Beschränkung der Erfindung wird nachfolgend über alle Ausführungsbeispiele hinweg ein Einsatz einer elektrischen Stromdurchführung 1 an einer Abschirmvorrichtung 2 mit zwei Schichten 3, 4 von thermischer Isolierung zwischen zwei Außenblechen 5, 6 dargestellt und beschrieben. Die Schichten 3, 4 sind in unterschiedlicher Schichtmächtigkeit unter Verwendung keramischer Fließkörper als thermische Isolierungen zur Minderung einer Hitzeabstrahlung ausgebildet. Bevorzugt weist die Schicht 4 eine geringere thermische Isolationswirkung als die Schicht 3 auf, wobei sich die Schicht 4 mit dem angrenzenden Außenblech 6 in einem Einsatzfall einer Wärmequelle zugewandt angeordnet befindet. Diese Schichten 3, 4 wirken aufgrund ihrer thermischen Isolationseigenschaften auch unter hohen Temperaturen über 400°C bis ca. 700°C ausreichend elektrisch isolierend.Without restricting the invention, a use of an electrical
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Anschluss 8 als Rohrabschnitt ausgeführt, dessen freier Endbereich 10 zur Ausbildung der elektrischen Verteilvorrichtung 11 in einzelne Zungen 12 geschnitten worden ist. Diese Zungen 12 bzw. Arme dienen als Anschlüsse für elektrische Leitungen, deren Leiter 13 durch Schweißen oder Falten etc. an den einzelnen Armen 12 definiert angeschlossen sind. Die Leiter 13 verlaufen dann zwischen den Schichten 3, 4 elektrisch isoliert und bedürfen daher prinzipiell keiner weiteren eigenen elektrischen Isolierung.In the present exemplary embodiment, the
Die Darstellung von
In der alternativen Form der Fixierung ist in
In nicht weiter dargestellten Alternativen ist auch an der Öffnung 7 bereits ein Gewinde vorgesehen, oder es ist alternativ eine Mutter in die Öffnung 7 an dem Blechteil 5 eingepresst, um die beschriebene Art der Fixierung zu realisieren. In einem weiteren alterativen Ausführungsbeispiel ist das Material des Isolierkörpers 9 gegenüber dem Blechteil 5 im Bereich der Öffnung 7 soweit entsprechend abgestimmt ist, das Außengewinde der Mantelfläche 16 an der Öffnung beim Einschrauben selbsttätig ein entsprechendes Gewinde formt. Das Außengewinde der Mantelfläche 16 ist in einer Weiterbildung als selbstgewindeschneidendes Gewindes ausgeführt, das bei der Montage sich ein entsprechendes Gewinde an der Öffnung 7 schafft. Dazu ist der Außenmantel 16 des Isolierkörpers 9 in einem Ausführungsbeispiel als an dem Fortsatz 15 fixierter metallischer Zylinder ausgeführt.In alternatives that are not shown in more detail, a thread is also already provided on the
In einer weiteren alternativen Ausführung sind die vorstehend beschriebenen konstruktiven Maßnahmen zur Fixierung an einer gegenüberliegenden Seite des Blechteils 5 vorzusehen. Damit ist der Isolierkörper 9 also zum Einschrauben im Bereich der Öffnung 7 an dem Blechteil 5 bis zum Anschlag an der Schulter 14 von einem freien Außenraum her in die Schicht 3 hinein ausgebildet und gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Bezug zu dem Blechteil 5 gespiegelt an dem Anschluss 8 angeordnet. In jedem Fall ist ein Aufbau der Abschirmeinrichtung 2 erst nach Abschluss einer elektrisch leitenden Fixierung von Leitungen 13 an den Anschlüssen 12 und Überdecken der elektrischen Verteilvorrichtung 11 durch die Schicht 4 mit der Blechlage 6 durch randseitige Fixierung der beiden Bleche 5, 6 fertig abgeschlossen. In a further alternative embodiment, the design measures described above for fixing are to be provided on an opposite side of the
Die beiden zwei Anschluss-Pole 8 tragen in dem Ausführungsbeispiel von
Die Abbildung von
Es ist aber für den Fachmann offensichtlich, dass in gleicher Weise auch Anpassungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dahingehend möglich ist, dass mindestens eine der thermischen Isolierungs-Schichten 3, 4 durch eine hochtemperatur-beständige Beschichtung ersetzt ist, beispielsweise durch eine dünne Keramikschicht, die als elektrische Isolation durch ein Druck- oder Tauchverfahren mindestens einseitig an der elektrischen Verteilvorrichtung angebracht ist.However, it is obvious to the person skilled in the art that adaptations of the exemplary embodiments described above are also possible in the same way in that at least one of the thermal insulation layers 3, 4 is replaced by a high-temperature-resistant coating, for example by a thin ceramic layer, which is electrical insulation is attached at least on one side to the electrical distribution device by a pressure or immersion process.
Vorstehend wurde über diverse Ausführungsbeispiele hinweg eine elektrische Stromdurchführung als kompakte Komponente, die eine Stromdurchführung auch im Bereich bis zu Stromstärken von ca. 100 A bei kompakter Bauweise und hoher thermomechanischer Beständigkeit gewährleistet. Dabei wird eine Anbindung elektrischer Komponenten, wie z.B. von Anschlusskabeln, auf beiden Seiten des von der Stromdurchführung durchdrungenen Bauteils mit der Möglichkeit der Stromverteilung auf mehrere elektrische Komponenten, wie z.B. Anschlusskabel mit oder ohne Kabelschuhe, vereinbart.Above various exemplary embodiments, an electrical current feedthrough was provided as a compact component, which also ensures current feedthrough in the range up to current intensities of approx. 100 A with a compact design and high thermomechanical stability. A connection of electrical components, such as connection cables, on both sides of the component penetrated by the current bushing with the possibility of current distribution to several electrical components, such as connection cables with or without cable lugs, is agreed.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- elektrische Stromdurchführungelectrical power feedthrough
- 22
- Abschirmvorrichtungshielding device
- 33
- Schicht thermischer Isolierunglayer of thermal insulation
- 44
- Schicht thermischer Isolierunglayer of thermal insulation
- 55
- metallisches Außenblechmetallic outer sheet
- 66
- metallisches Außenblechmetallic outer sheet
- 77
-
Öffnung des dünnwandigen metallischen Außenblechs 5Opening of the thin-walled metallic
outer panel 5 - 88th
- AnschlussConnection
- 99
- Isolierkörperinsulator
- 1010
-
freier Endbereich des Anschlusses 8free end area of the
connection 8 - 1111
- elektrische Verteilvorrichtungelectrical distribution device
- 1212
- Zunge / Arm / Anschlusstongue/arm/connector
- 1313
- elektrischer Leiterelectrical conductor
- 1414
-
Schulter des Isolierkörpers 9
Insulator shoulder 9 - 1515
-
Fortsatz des Isolierkörpers 9Extension of the
insulator 9 - 1616
- Mantelfläche / AußenmantelShell surface / outer shell
- 1717
- Außengewindeexternal thread
- 1818
- MutterMother
- 1919
- metallischer Kragenmetallic collar
- 2020
-
zweiter Fortsatz, einstückig mit dem Isolierkörper 9second extension, in one piece with the insulating
body 9 - 2121
- Ring mit L-förmigen QuerschnittRing with L-shaped cross section
- 2222
-
Schenkel des Rings 21, umschließt den Außenmantel 16Leg of the
ring 21 encloses theouter casing 16 - 2323
-
Schenkel des Rings 21 zur Befestigung am Blech 5Leg of
ring 21 for attachment tosheet metal 5 - 2424
-
Kontaktfläche zur Verbindung d. elektr. Verteilvorrichtung 11 mit dem freien Endbereich 10 des Anschlusses 8Contact surface for connection d. electr.
Distribution device 11 with thefree end area 10 of theconnection 8 - 2525
- Anschluss-FahneUnion Banner
- 2626
- Außengewinde für externe elektrische AnschlüsseMale thread for external electrical connections
- di.e
-
Durchmesser der Öffnung 7 in dem Blechteil 5Diameter of the
opening 7 in thesheet metal part 5 - DD
-
Durchmesser der Schulter 14 des Isolationskörpers 9Diameter of the
shoulder 14 of the insulatingbody 9 - MM
-
Mittelachse des Anschlusses 8 der elektrischen Stromdurchführung 1Central axis of the
connection 8 of theelectrical feedthrough 1 - RR
-
Außenradius des Gewindes 17 des Außenmantels 16Outer radius of the
thread 17 of theouter jacket 16
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 0783621 B1 [0003]EP 0783621 B1 [0003]
- DE 102019119294 [0005]DE 102019119294 [0005]
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