DE102022207488A1

DE102022207488A1 - Segmentierte elektrische Durchführung

Info

Publication number: DE102022207488A1
Application number: DE102022207488.2A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brück; Peter Hirth; Michael Voit; Ferdi Kurth; Stefan Ahlers
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-02-01
Also published as: WO2024017690A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Segmentierte elektrische Durchführung (1, 10) zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters (2) durch ein Gehäuse hindurch, mit einem Heizleiter (2) und einem Isolationsabschnitt (3), wobei der Isolationsabschnitt (3) einen elektrischen Leiter (6, 11), ein Isolationsmittel (7) und eine Außenhülse (8) aufweist, wobei der elektrische Leiter (6, 11) und das Isolationsmittel (7) innerhalb der Außenhülse (8) angeordnet sind und der elektrische Leiter (6, 11) durch das Isolationsmittel (7) zur Außenhülse (8) elektrisch isoliert ist, wobei an den elektrischen Leiter (6, 11) unter einem vorgebbaren Winkel der Heizleiter (2) angebunden ist, wobei der Heizleiter (2) und der Isolationsabschnitt (3) aus zwei unterschiedlichen Elementen gebildet sind, welche mittels eines Fügeverfahrens dauerhaltbar miteinander verbunden sind, wobei der Heizleiter (6, 11) eine Aussparung aufweist, in welche der elektrische Leiter des Isolationsabschnitts einführbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine segmentierte elektrische Durchführung zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters durch ein Gehäuse hindurch, mit einem Heizleiter und einem Isolationsabschnitt, wobei der Isolationsabschnitt einen elektrischen Leiter, ein Isolationsmittel und eine Außenhülse aufweist, wobei der elektrische Leiter und das Isolationsmittel innerhalb der Außenhülse angeordnet sind und der elektrische Leiter durch das Isolationsmittel zur Außenhülse elektrisch isoliert ist, wobei an den elektrischen Leiter unter einem vorgebbaren Winkel der Heizleiter angebunden ist.
Stand der Technik
Zur Aufheizung von Abgasen in einer einem Verbrennungsmotor nachgelagerten Abgasstrecke beziehungsweise des in einer Abgasstrecke strömenden Abgases werden heute regelmäßig elektrische Heizelemente eingesetzt. Hierbei wird das Ziel verfolgt schneller eine Temperaturschwelle zu erreichen, ab welcher eine wirkungsvolle Umwandlung der im Abgas mitgeführten Schadstoffe erfolgen kann. Dies ist notwendig, da die zur Abgasnachbehandlung eingesetzten katalytisch aktiven Oberflächen der in der Abgasstrecke verbauten Katalysatoren erst ab einer Mindesttemperatur, der sogenannten Light-Off Temperatur, eine ausreichende Umsetzung der jeweiligen Schadstoffe ermöglichen.
Zu den bekannten Lösungen im Stand der Technik gehören sogenannten Heizkatalysatoren, welche eine mit einer Spannungsquelle verbundene metallische Struktur aufweisen oder eine metallisch beschichtete keramische Struktur aufweisen, welche unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes aufgeheizt werden kann.
Zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung der beheizbaren Struktur, muss ein elektrischer Leiter an zumindest einer Stelle durch das Gehäuse der Abgasstrecke beziehungsweise eines in der Abgasstrecke angeordneten Katalysators eingeführt werden. Hierbei muss sichergestellt werden, dass die Durchführung gasdicht ist, außerdem eine elektrische Isolation zwischen dem Gehäuse und dem elektrischen Leiter gegeben ist und, dass eine ausreichende Dauerhaltbarkeit gewährleistet ist. Der elektrische Leiter ist regelmäßig aus einem massiven Vollmaterial gebildet, wie beispielsweise einem metallischen Bolzen.
Die DE 10 2012 110 098 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für die Stromversorgung einer elektrischen Abgasheizung in einem Kraftfahrzeug. Die Durchführung weist ein Außenrohr auf, dessen Innenraum von einem elektrischen Leiter durchsetzt ist. Der elektrische Leiter überragt an mindestens einer der Stirnfläche des Außenrohrs das Außenrohr. Der elektrische Leiter ist im Innenraum des Außenrohres von einem Isolierstoff umgeben. Die Durchführung wird dabei durch das Ablängen eines verdichteten Stangenmaterials erzeugt, wobei durch spanende Verfahren jeweils Bereiche des als Außenrohr fungierenden Abschnitts und des als Isolierstoff fungierenden Abschnitts entfernt werden, um so eine elektrische Durchführung der gewünschten Länge mit einem gewünschten Überstand des elektrischen Leiters über das Außenrohr hinaus zu erzeugen.
Nachteilig an den im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung ist insbesondere, dass das verwendete verdichtete Stangenmaterial sehr hochpreisig ist, da es einen mehrschichtigen Aufbau aufweist. Darüber hinaus wird durch die spanende Verarbeitung zur Freistellung des elektrischen Leiters und zur Ablängung der elektrischen Durchführung ein wesentlicher Anteil von ca. zwei Drittel des Stangenmaterials ungenutzt durch spanende Verarbeitung zerstört und somit verschwendet. Der Herstellprozess ist dadurch besonders aufwändig und kostenintensiv.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine segmentierte elektrische Durchführung zu schaffen und ein geeignetes Herstellungsverfahren, welches eine vereinfachte und kostengünstige Herstellung der elektrischen Durchführung, bei zumindest gleich guten technischen Eigenschaften erlaubt.
Die Aufgabe hinsichtlich der segmentierten elektrischen Durchführung wird durch eine segmentierte elektrische Durchführung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine segmentierte elektrische Durchführung zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters durch ein Gehäuse hindurch, mit einem Heizleiter und einem Isolationsabschnitt, wobei der Isolationsabschnitt einen elektrischen Leiter, ein Isolationsmittel und eine Außenhülse aufweist, wobei der elektrische Leiter und das Isolationsmittel innerhalb der Außenhülse angeordnet sind und der elektrische Leiter durch das Isolationsmittel zur Außenhülse elektrisch isoliert ist, wobei an den elektrischen Leiter unter einem vorgebbaren Winkel der Heizleiter angebunden ist, wobei der Heizleiter und der Isolationsabschnitt aus zwei unterschiedlichen Elementen gebildet sind, welche mittels eines Fügeverfahrens dauerhaltbar miteinander verbunden sind, wobei der Heizleiter eine Aussparung aufweist, in welche der elektrische Leiter des Isolationsabschnitts einführbar ist.
Die elektrische Durchführung dient dazu einen elektrischen Leiter durch ein Gehäuse einer Abgasleitung oder eines Katalysators zu führen. Die Durchführung muss dabei den auftretenden Temperaturen standhalten und gasdicht sein, so dass kein Abgas entweichen kann. Der elektrische Leiter soll dabei elektrisch isoliert vom Gehäuse geführt werden, so dass es nicht zu einem Kurzschluss kommen kann.
Der Isolationsabschnitt der segmentierten Durchführung ist dazu ausgebildet eine nach außen hin elektrisch isolierter Durchführung des elektrischen Leiters durch ein Gehäuse eines Katalysators oder eine Abgasleitung zu ermöglichen. Die Außenhülse kann hierzu mit dem Gehäuse dauerhaltbar verbunden werden, beispielswiese verschweißt werden. Das koaxial um den elektrischen Leiter herum angeordnete Isolationsmittel isoliert den elektrischen Leiter von der Außenhülse.
Der elektrische Leiter ist mit dem Heizleiter der segmentierten elektrischen Durchführung elektrisch leitend verbunden. Erfindungsgemäß sind der elektrische Leiter und der Heizleiter, welche bevorzugt durch metallische Bolzen ausgebildet sind, unter einem vorgebbaren Winkel zueinander miteinander verbunden. Das bedeutet insbesondere, dass der elektrische Leiter und der Heizleiter nicht stirnseitig miteinander verbunden sind, sondern der elektrischen Leiter bevorzugt an einer seitlichen Außenfläche des Heizleiters angebunden ist. Durch eine derart gewinkelte Ausführung können besonders platzsparende Ausführungen erzeugt werden, die besonders bei dem oft sehr limitierten Bauraum sehr vorteilhaft sind.
Der Heizleiter weist bevorzugt eine Aussparung, beispielsweise eine Bohrung auf, in welcher der elektrische Leiter eingesteckt werden kann und dauerhaltbar mit dem Heizleiter verbunden werden kann. Die Aussparung am Heizleiter kann beispielsweise mit dem elektrischen Leiter eine Presspassung bilden. Auch kann die Aussparung beispielsweise sich konisch verjüngen, so dass mit ansteigender Einstecktiefe die durch das Einstecken erzeugte und in radialer Richtung auf den elektrischen Leiter wirkende Kraft erhöht wird.
Der elektrische Leiter und der Heizleiter können miteinander bevorzugt verschweißt werden oder verlötet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Heizleiter innerhalb der Aussparung ein Lotreservoir aufweist. Dies ist besonders vorteilhaft, um das für eine Lötverbindung benötigte Lotmaterial vorzuhalten und so auf besonders einfache Art und Weise die Lötverbindung zu erzeugen. Das Lotreservoir ist dabei bevorzugt derart dimensioniert, dass eine ausreichende Lotmenge vorgehalten werden kann, um eine vollflächige Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Heizleiter zu erzeugen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Aussparung durch eine Bohrung gebildet ist, wobei das Lotreservoir an der im Heizleiter ausgebildeten Stirnfläche der Bohrung ausgebildet ist. Hierzu kann die Bohrung beispielsweise eine weitere kleine Aussparung aufweisen, welche das eigentliche Lotreservoir bildet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung konisch von der Öffnung zur Stirnfläche der Bohrung verjüngt. Dies ist vorteilhaft, um durch das Einstecken bereits eine gewisse Klemmwirkung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Heizleiter zu erzielen und somit eine stärkere Verbindung zu erzeugen.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Mittelachse des Heizleiters in einem Winkel von 60 Grad bis 120 Grad, besonders bevorzugt von ungefähr 90 Grad zur Mittelachse des elektrischen Leiters angeordnet ist. Insbesondere eine Verbindung unter einem Winkel von 90 Grad zueinander ist vorteilhaft, um eine möglichst kompakte Bauform zu erzeugen. Bei einer in einem abweichenden Winkel von 90 Grad erzeugten Verbindung kann auch die Mittelachse der die Aussparung bildenden Bohrung um den entsprechenden Winkel gekippt werden, um eine passgenaue Verbindung in dem gewünschten Winkel sicherzustellen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Isolationsabschnitt mehrteilig ausgebildet ist, wobei insbesondere der elektrische Leiter geteilt, mindestens zweiteilig, ausgeführt ist. Bevorzugt kann der Isolationsabschnitt mehrteilig ausgebildet sein. Dies erleichtert die Montage der elektrischen Durchführung. Der als Kontakt zum Heizleiter fungierende Teil des Isolationsabschnitts, insbesondere des elektrischen Leiters im Isolationsabschnitt, ist dabei getrennt von dem zwischen dem Isolationsmittel angeordneten Teil des elektrischen Leiters ausgeführt.
Diese beiden Teile können während der Fertigung gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Hilfswerkzeugs gegeneinander ausgerichtet werden und beispielsweise punktuell durch Schweißverbindungen gegeneinander fixiert werden. In einem nachfolgenden Lötverfahren können beide Teile dann vollflächig miteinander verbunden werden. Hierzu weist bevorzugt einer der beiden Teile ein Lotreservoir auf, welches ausreichend dimensioniert ist, um die benötigte Lotmenge aufzunehmen. Das Lotreservoir kann beispielswiese durch eine Bohrung im elektrischen Leiter ausgebildet sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Teile des elektrischen Leiters ineinander einsteckbar sind und miteinander mittels eines Fügeverfahrens dauerhaltbar verbindbar sind. Durch das ineinander Einstecken kann auf einfache Weise eine Positionierung der beiden Teile relativ zueinander erreicht werden. Ebenfalls kann ein Lotreservoir an einem der Teile vorgesehen werden, um mittels eines Lötvorgangs eine dauerhaltbare Verbindung zu schaffen.
Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest eines der Teile des elektrischen Leiters ein Lotreservoir aufweist, wobei das Lotreservoir in einem Bereich angeordnet ist, an welchem die beiden Teile des elektrischen Leiters miteinander in Anlage sind.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Lotreservoir derart groß dimensioniert ist, dass die beiden Teile des elektrischen Leiters vollflächig miteinander verlötbar sind.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der segmentierten elektrischen Durchführung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer segmentierten elektrischen Durchführung, wobei die beiden Teile des elektrischen Leiters mittels eines Schweißverfahrens gegeneinander fixiert werden, wobei die beiden Teile des elektrischen Leiters und der elektrische Leiter selbst mit dem Heizleiter mittels eines nachgelagerten Lötverfahrens miteinander verbunden werden. Auf diese Weise ist die elektrische Durchführung einfach herstellbar und kann insbesondere in engen Raumverhältnissen vorteilhaft eingesetzt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine segmentierte elektrische Durchführung, wobei der elektrische Leiter einteilig ausgebildet ist und unter einem Winkel von beispielsweise 90 Grad mit dem Heizleiter verbindbar ist, und
2 eine segmentierte elektrische Durchführung, wobei der elektrische Leiter mehrteilig ausgebildet ist und unter einem vorgebbaren Winkel mit dem Heizleiter verbindbar ist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine segmentierte elektrische Durchführung 1, wobei die Durchführung 1 einen Heizleiter 2 und einen Isolationsabschnitt 3 aufweist. Der Heizleiter 2 ist als metallische Bolzen ausgebildet und weist eine in radialer Richtung der Heizleiters 2 verlaufende Aussparung 4 auf. Die Aussparung 4 kann beispielweise durch eine Bohrung erzeugt sein. Im Boden der Aussparung 4 ist ein Lotreservoir 5 vorgesehen, welches eine definierte Lotmenge aufnehmen kann, die zum Verlöten des Heizleiters 2 mit dem elektrischen Leiter 6 des Isolationsabschnittes 3 dient.
Im oberen Teil der 1 ist der Heizleiter 2 getrennt vom Isolationsabschnitt 3 dargestellt. Der Isolationsabschnitt 3 weist einen zentralen elektrischen Leiter 6 auf, welcher koaxial von einem Isolationsmittel 7, beispielsweise einer Oxidkeramik, umschlossen ist. Auf das Isolationsmittel 7 folgt eine Außenhülse 8, welche bevorzugt metallisch ist und zur Anbindung der Durchführung 1 an ein außenliegendes Gehäuse dienen kann.
Im unteren Teil der 1 ist der elektrischen Leiter 6 in die Aussparung 4 eingesteckt und somit ist eine Verbindung zwischen dem Isolationsabschnitt 3 und dem Heizleiter 2 erzeugt worden.
Durch die Gestaltung der Aussparung 4 derart, dass sie in radialer Richtung des Heizleiters 2 verläuft, ist erreicht, dass der Isolationsabschnitt 3 in einem Winkel von 90 Grad zur Mittelachse des Heizleiters 2 angeordnet ist.
2 zeigt eine ähnliche elektrische Durchführung 10, wobei im Unterschied zur 1 der elektrische Leiter 11 zweiteilig ausgeführt ist. Im oberen Teil der 2 weist der elektrische Leiter 11 eine Steckverbindung 12 auf, wobei in der Aussparung der Steckverbindung 12 ein Lotreservoir vorgesehen ist. Durch das Einstecken der beiden Teile des elektrischen Leiters 11 ineinander und ein anschließendes Verlöten kann eine dauerhaltbare Verbindung erzeugt werden.
Die Verbindung des unteren Teils des elektrischen Leiters 11 mit dem Heizleiter 2 erfolgt wie in dem Ausführungsbeispiel der 1.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden.
Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 2 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
Bezugszeichenliste

1: segmentierte elektrische Durchführung
2: Heizleiter
3: Isolationsabschnitt
4: Aussparung
5: Lotreservoir
6: elektrischer Leiter
7: Isolationsmittel
8: Außenhülse
10: segmentierte elektrischen Durchführung
11: elektrischer Leiter
12: Steckverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012110098 B4 [0005]

Claims

Segmentierte elektrische Durchführung (1, 10) zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters (2) durch ein Gehäuse hindurch, mit einem Heizleiter (2) und einem Isolationsabschnitt (3), wobei der Isolationsabschnitt (3) einen elektrischen Leiter (6, 11), ein Isolationsmittel (7) und eine Außenhülse (8) aufweist, wobei der elektrische Leiter (6, 11) und das Isolationsmittel (7) innerhalb der Außenhülse (8) angeordnet sind und der elektrische Leiter (6, 11) durch das Isolationsmittel (7) zur Außenhülse (8) elektrisch isoliert ist, wobei an den elektrischen Leiter (6, 11) unter einem vorgebbaren Winkel der Heizleiter (2) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (2) und der Isolationsabschnitt (3) aus zwei unterschiedlichen Elementen gebildet sind, welche mittels eines Fügeverfahrens dauerhaltbar miteinander verbunden sind, wobei der Heizleiter (6, 11) eine Aussparung aufweist, in welche der elektrische Leiter des Isolationsabschnitts einführbar ist.
Segmentierte elektrische Durchführung (1, 10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (6, 11) innerhalb der Aussparung (4) ein Lotreservoir (5) aufweist.
Segmentierte elektrische Durchführung (1, 10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (4) durch eine Bohrung gebildet ist, wobei das Lotreservoir (5) an der im Heizleiter (2) ausgebildeten Stirnfläche der Bohrung ausgebildet ist.
Segmentierte elektrische Durchführung (1, 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung (4) konisch von der Öffnung zur Stirnfläche der Bohrung verjüngt.
Segmentierte elektrische Durchführung (1, 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse des Heizleiters (6) in einem Winkel von 60 Grad bis 120 Grad, besonders bevorzugt von ungefähr 90 Grad zur Mittelachse des elektrischen Leiters (6, 11) angeordnet ist.
Segmentierte elektrische Durchführung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsabschnitt mehrteilig ausgebildet ist, wobei insbesondere der elektrische Leiter (11) geteilt, mindestens zweiteilig, ausgeführt ist.
Segmentierte elektrische Durchführung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des elektrischen Leiters (11) ineinander einsteckbar sind und miteinander mittels eines Fügeverfahrens dauerhaltbar verbindbar sind.
Segmentierte elektrische Durchführung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Teile des elektrischen Leiters (1!) ein Lotreservoir aufweist, wobei das Lotreservoir in einem Bereich angeordnet ist, an welchem die beiden Teile des elektrischen Leiters (11) miteinander in Anlage sind.
Segmentierte elektrische Durchführung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotreservoir derart groß dimensioniert ist, dass die beiden Teile des elektrischen Leiters (11) vollflächig miteinander verlötbar sind.
Verfahren zur Montage einer segmentierten elektrischen Durchführung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile des elektrischen Leiters (11) mittels eines Schweißverfahren gegeneinander fixiert werden, wobei die beiden Teile des elektrischen Leiters (11) und der elektrische Leiter (11) selbst mit dem Heizleiter (2) mittels eines nachgelagerten Lötverfahrens miteinander verbunden werden.