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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters in einer Abgasstrecke, wobei der Heizleiter innerhalb eines metallischen Gehäuses angeordnet ist und zumindest ein elektrischer Leiter durch dieses Gehäuse geführt ist, um den Heizleiter im Inneren zu kontaktieren, mit einem Isolationsmittel, welches als Hülse ausgebildet ist, wobei die Hülse eine zentrale Bohrung aufweist, durch welche der elektrische Leiter durchgeführt ist.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Darüber hinaus sind die bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik oft durch eine geringe Gasdichtigkeit und eine geringe Resistenz gegenüber Feuchtigkeit gekennzeichnet. Auch tritt insbesondere bei Anwendungen mit 48 Volt Betriebsspannung Elektrokorrosion auf, was die Dauerhaltbarkeit negativ beeinträchtigt.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine verbesserte elektrische Kontaktierung des Heizleiters im Inneren des Gehäuses ermöglicht und dabei hinsichtlich Gasdichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit verbessert ist.
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Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters in einer Abgasstrecke, wobei der Heizleiter innerhalb eines metallischen Gehäuses angeordnet ist und zumindest ein elektrischer Leiter durch dieses Gehäuse geführt ist, um den Heizleiter im Inneren zu kontaktieren, mit einem Isolationsmittel, welches als Hülse ausgebildet ist, wobei die Hülse eine zentrale Bohrung aufweist, durch welche der elektrische Leiter durchgeführt ist, wobei das Isolationsmittel an seiner radial nach außen gerichteten Fläche eine erste metallisierte Zone aufweist, mit welcher eine erste Metallhülse dauerhaltbar verbunden ist und das Isolationsmittel weiterhin an seiner radial nach außen gerichteten Fläche eine zweite metallisierte Zone aufweist, mit welcher eine zweite Metallhülse dauerhaltbar verbunden ist.
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Das Isolationsmittel ist bevorzugt durch eine Hülse gebildet, welche eine durchgehende Bohrung entlang ihrer axialen Erstreckung aufweist. Das Isolationsmittel weist somit einen ringförmigen Querschnitt auf. Die Bohrung verläuft entlang der Mittelachse des Isolationsmittels und das Isolationsmittel ist bevorzugt rotationssymmetrisch um seine Mittelachse ausgebildet. Die axiale Richtung beschreibt die Erstreckung entlang der Bohrung beziehungsweise der Mittelachse wohingegen die Radiale Richtung eine Normale zur Mittelachse beschreibt.
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Das Isolationsmittel ist bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, wie insbesondere einem keramischen Werkstoff. Das Isolationsmittel kann beispielsweise aus einer pulverförmigen Oxidkeramik durch Sintern oder Pressen erzeugt werden.
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Die Bohrung ist bevorzugt so dimensioniert, dass der elektrische Leiter, der auch als Innenleiter bezeichnet werden kann in diese Bohrung passgenau eingesetzt werden kann. Hierbei ist insbesondere zu beachten, dass der elektrische Leiter aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt einem 2.4869 Stahl, gefertigt ist und somit ein abweichendes Ausdehnungsverhalten unter Wärmeeinfluss aufweist als das aus einer Keramik gebildete Isolationsmittel. Die Dimensionierung der Bohrung muss daher derart sein, dass die Ausdehnung des elektrischen Leiters nicht zu einer Beschädigung des Isolationsmittels führt.
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Die metallisierten Zonen sind Bereiche am Außenumfang des Isolationsmittels. Bevorzugt sind diese in Umfangsrichtung vollständig umlaufend ausgebildet. Das Isolationsmittel kann beispielsweise durch eine Oberflächenbeschichtung metallisiert werden, wodurch die metallisierte Zone Eigenschaften wie ein metallischer Werkstoff erhält und insbesondere gängige Fügeverfahren zur Verbindung von metallischen Werkstoffen miteinander durchgeführt werden können.
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An die metallisierten Zonen können Hülsen angebunden werden, welche zur Verbindung des Isolationsmittels mit dem Gehäuse der Vorrichtung und zur Verbindung des elektrischen Leiters mit dem Isolationsmittel genutzt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste metallisierte Zone und die zweite metallisierte Zone entlang der axialen Erstreckungsrichtung des Isolationsmittels zueinander beabstandet angeordnet sind.
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Um einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen den beiden Hülsen beziehungsweise zwischen den beiden ebenfalls elektrisch leitfähigen metallisierten Zone zu verhindern, sind diese bevorzugt entlang der axialen Erstreckung des Isolationsmittels zueinander beabstandet angeordnet. Zwischen den beiden metallisierten Zonen wird somit eine Kriechstrecke ausgebildet, die einen elektrischen Kurzschluss zwischen den Hülsen oder den metallisierten Zonen verhindern soll. Die Länge dieser Kriechstrecke ist abhängig von den an den Hülsen anliegenden Spannungen. Je höher das Spannungsniveau ist umso länger sollte die Kriechstrecke ausgebildet sein.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die erste Metallhülse das Bindeglied zum Gehäuse der Vorrichtung bildet. Über die erste Metallhülse wird eine Anbindung des Isolationsmittel an das Gehäuse erreicht. Die erste Metallhülse wird einerseits mit der metallisierten Zone verbunden, etwa durch Verlöten und andererseits mit dem Gehäuse verbunden, beispielsweise durch Schweißen. Grundsätzlich können alle bekannten Verfahren zum Verbinden von metallischen Werkstoffen Anwendung finden, es ist jedoch darauf zu achten, dass die Anbindung der Metallhülse an das Gehäuse nicht zu einer Beschädigung der Anbindung der Metallhülse an das Isolationsmittel führt oder umgekehrt. Insbesondere wenn eine der Verbindungen durch ein Lötverfahren erzeugt wird, kann die thermische Belastung durch ein Schweißverfahren zu einer Beschädigung der Lötverbindung führen.
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Die Metallhülse ist bevorzug derart dimensioniert, dass diese über einen ausreichend großen Bereich auf der metallisierten Zone des Isolationsmittels aufliegt und gleichzeitig ein ausreichend großer Kontaktbereich mit dem Gehäuse ausgebildet wird. Der durch das Isolationsmittel geführte elektrische Leiter, welcher prinzipbedingt auch durch die Metallhülse geführt ist, muss mit seiner radial nach Außen gerichteten Fläche ausreichend zur radial nach Innen gerichteten Fläche der Metallhülse beabstandet sein, um auch hier das Entstehen eines Kurzschlusses zu vermeiden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallhülse das Bindeglied zu dem durch das Isolationsmittel geführten elektrischen Leiter bildet.
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Die zweite Metallhülse liegt an der zweiten metallisierten Zone an und ist mit dieser bevorzugt ebenfalls verlötet. Die Anbindung der zweiten Metallhülse an den elektrischen Leiter kann dann wiederum durch ein Schweißverfahren erzeugt werden. Auch hier ist auf die Wahl geeigneter Fügeverfahren in einer sinnvollen und aufeinander abgestimmten Reihenfolge zu achten, damit thermisch instabilere Verbindungen nicht durch den Wärmeeintrag einer anderen Verbindung beschädigt werden.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn die erste Metallhülse und/oder die zweite Metallhülse mit ihrer jeweiligen metallisierten Zone mittels eines Lötverfahrens verbunden ist.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Isolationsmittel im Bereich zumindest einer der metallisierten Zonen einen geringeren Außendurchmesser aufweist als im Bereich des Isolationsmittels, der die beiden metallisierten Zonen zueinander beabstandet.
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Das Isolationsmittel kann bevorzugt in Umfangsrichtung umlaufende Absätze aufweisen, welche von den axialen Enden sich hin zur Mitte des Isolationsmittels erstrecken. Der Bereich der Kriechstrecke kann wiederum einen größeren Durchmesser aufweisen, so dass der Bereich der Kriechstrecke beispielsweise einen Anschlag für die von den jeweiligen Endbereichen aufgesteckten Metallhülsen bildet. Auf diese Weise würde einerseits das Positionieren der Metallhülsen vereinfacht und andererseits ein Verrutschen oder gar eine Kontaktierung der Metallhülsen miteinander wirksam vermieden werden. Selbst die Zerstörung einer Verbindung zwischen einer metallisierten Zone und einer Metallhülse würde durch den größeren Durchmesser des Isolationsmittels im Bereich der Kriechstrecke ohne Auswirkung hinsichtlich der elektrischen Trennung der beiden Metallhülsen bleiben.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Isolationsmittel aus einem keramischen Werkstoff gebildet ist, wobei die Oberfläche des Isolationsmittels im Bereich der metallisierten Zonen derart bearbeitet ist, dass eine metallisierte Oberfläche ausgebildet ist.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die zweite metallisierte Zone mit der zweiten Metallhülse innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der die beiden metallisierten Zonen beanstandende Bereich des Isolationsmittels innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
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Das Isolationsmittel mit seinen beiden metallisierten Zonen und den angelöteten Hülsen wird bei der erfindungsgemäßen Anwendung in eine Öffnung im Gehäuse eingesteckt. Anschließend wird eine dauerhaltbare, fluiddichte Verbindung zwischen der Metallhülse und dem Gehäuse erzeugt. Der von dieser ersten Metallhülse abgewandte Bereich des Isolationsmittels und die zweite Metallhülse sind somit zwingen innerhalb des Gehäuses angeordnet.
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Dies ist besonders vorteilhaft, da dadurch der unbehandelte Bereich des Isolationsmittels, welcher die Kriechstrecke ausbildet, innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und somit korrosiven Einflüssen, die insbesondere aus der Umwelt stammen können, nicht ausgesetzt ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt eine elektrische Durchführung 1, welche aus einem elektrischen Leiter 2 gebildet ist, der durch ein Isolationsmittel 3 geführt ist. Der elektrische Leiter 2 ist durch einen metallischen Bolzen gebildet. Das Isolationsmittel 3 ist durch eine ringförmige Hülse gebildet, welche eine zentrale Bohrung aufweist, durch welche der elektrische Leiter 2 hindurchgeführt ist.
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Das Isolationsmittel 3 weist zwei Zonen 4, 5 auf die einen geringeren Durchmesser aufwiesen als der Bereich 6, welcher die beiden Zonen 4, 5 zueinander beabstandet und eine Kriechstrecke ausbildet, die einem elektrischen Kurzschluss zwischen den beiden Zonen 4, 5 entgegenwirkt.
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Die Zonen 4, 5 sind metallisiert. Die Metallhülsen 7, 8 sind auf jeweils eine der metallisierten Zonen 4, 5 aufgeschoben und mit diesen dauerhaft, beispielsweise durch Löten, verbunden.
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Die erste Metallhülse 7, welche mit der ersten metallisierten Zone 4 verbunden ist, dient als Anbindung der elektrischen Durchführung an das nicht gezeigte Gehäuse. Die zweite Metallhülse 8, welche mit der zweiten metallisierten Zone 5 verbunden ist, dient als Anbindung an den elektrischen Leiter 2.
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Die erste Metallhülse 7 ist im Beispiel der 1 als zylindrische Hülse ausgebildet und liegt mit seiner radial nach Innen gerichtete Fläche an der ersten metallisierten Zone 4 an. Das Gehäuse kann beispielsweise an die radial nach Außen gerichtete Fläche der ersten Metallhülse 7 angebunden werden.
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Die zweite Metallhülse 8 weist ebenfalls einen zylindrischen Abschnitt 9 auf, welcher mit der zweiten metallisierten Zone verbunden ist. Darüber hinaus weist die Metallhülse 8 einen abgewinkelten Abschnitt 10 auf, welcher radial nach Innen abgewinkelt ist und den elektrischen Leiter 2 umschließt, so dass eine Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der zweiten Metallhülse 8 erzeugt werden kann.
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Der elektrische Leiter 2 weist einen Endbereich 11 auf, an welchen der nicht gezeigte Heizleiter im Inneren des nicht gezeigten Gehäuses angebunden werden kann. Darüber hinaus weist der elektrischen Leiter 2 einen zweiten Endbereich 12 auf, an welchen eine elektrische Zuleitung angebunden werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel der 1 weist insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- elektrische Durchführung
- 2.
- elektrischer Leiter
- 3.
- Isolationsmittel
- 4.
- erste metallisierte Zone
- 5.
- zweite metallisierte Zone
- 6.
- Kriechstrecke
- 7.
- erste Metallhülse
- 8.
- zweite Metallhülse
- 9.
- zylindrischer Abschnitt
- 10.
- abgewinkelter Abschnitt
- 11.
- Endbereich des elektrischen Leiters
- 12.
- Endbereich des elektrischen Leiters
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012110098 B4 [0005]