EP4413240A1 - Elektrische durchführung und verfahren zur herstellung dieser - Google Patents

Elektrische durchführung und verfahren zur herstellung dieser

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EP4413240A1
EP4413240A1 EP22786359.4A EP22786359A EP4413240A1 EP 4413240 A1 EP4413240 A1 EP 4413240A1 EP 22786359 A EP22786359 A EP 22786359A EP 4413240 A1 EP4413240 A1 EP 4413240A1
Authority
EP
European Patent Office
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bolt
insulation layer
socket
force
insulating layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP22786359.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Hodgson
Rolf BRÜCK
Peter Hirth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Publication of EP4413240A1 publication Critical patent/EP4413240A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/26—Lead-in insulators; Lead-through insulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
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    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
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    • F01N3/2026—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means directly electrifying the catalyst substrate, i.e. heating the electrically conductive catalyst substrate by joule effect
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    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material
    • H05B2203/024—Heaters using beehive flow through structures

Definitions

  • the invention relates to an electrical bushing for contacting a heating conductor of an electrically heatable honeycomb body, with an electrically conductive bolt, with an electrically insulating insulation layer and with a socket in which the insulation layer and the bolt are at least partially accommodated, the bolt being arranged centrally and is at least partially surrounded by the insulation layer in the circumferential direction completely circumferentially.
  • the invention also relates to a method for producing an electrical feedthrough.
  • Electric heating elements are regularly used today to heat up exhaust gases in an exhaust gas section downstream of an internal combustion engine or the exhaust gas flowing in an exhaust gas section.
  • the aim here is to reach a temperature threshold more quickly, from which an effective conversion of the pollutants carried in the exhaust gas can take place. This is necessary because the catalytically active surfaces of the catalytic converters installed in the exhaust line used for exhaust aftertreatment only allow sufficient conversion of the respective pollutants above a minimum temperature, the so-called light-off temperature.
  • heated catalysts which have a metallic structure connected to a voltage source or a metallically coated ceramic structure have, which can be heated using the ohmic resistance.
  • an electrical conductor For the purpose of making electrical contact with the heatable structure, an electrical conductor must be inserted at least at one point through the housing of the exhaust gas line or a catalytic converter arranged in the exhaust gas line. It must be ensured that the bushing is gas-tight, that there is electrical insulation between the housing and the electrical conductor and that sufficient durability is guaranteed.
  • the electrical conductor is regularly formed from a solid solid material, such as a metallic bolt.
  • DE 10 2012 110 098 B4 discloses a method for producing an electrical bushing for the power supply of an electrical exhaust gas heater in a motor vehicle.
  • the implementation has an outer tube, the interior of which is penetrated by an electrical conductor.
  • the electrical conductor protrudes beyond the outer tube on at least one of the end faces of the outer tube.
  • the electrical conductor is surrounded by an insulating material inside the outer tube.
  • the bushing is produced by cutting compressed rod material to length, with areas of the section acting as the outer tube and the section acting as the insulating material being removed by machining processes, in order to create an electrical bushing of the desired length with a desired overhang of the electrical conductor over the outer tube to generate beyond.
  • a particular disadvantage of the methods known in the prior art for producing an electrical feedthrough is that the compressed rod material used is very expensive because it has a multi-layer structure.
  • a significant proportion of approximately two-thirds of the rod material is destroyed unused by machining and thus wasted due to the machining to free the electrical conductor and to cut the electrical leadthrough to length.
  • the production process is particularly complex and cost-intensive.
  • the object of the present invention to create an electrical feedthrough for contacting an electrically heatable honeycomb body which is simpler and cheaper to produce than the solutions known in the prior art.
  • the object of the invention is to provide a method for producing an electrical feedthrough.
  • An exemplary embodiment of the invention relates to an electrical feedthrough for contacting a heating conductor of an electrically heatable honeycomb body, with an electrically conductive bolt, with an electrically insulating insulation layer and with a socket in which the insulation layer and the bolt are at least partially accommodated, the bolt being arranged centrally and is at least partially encompassed by the insulation layer in the circumferential direction all the way around, the three elements being non-destructively and non-destructively connected to one another by means of a form fit and/or a force fit.
  • the electrical feedthrough is made up of the three individual elements bolt, insulating layer and socket.
  • the components are arranged as follows.
  • the bolt which represents the current-carrying element, is placed centrally.
  • the insulation layer completely surrounds the bolt in the circumferential direction and extends in the axial direction at least along a partial section of the bolt.
  • the insulating layer is followed radially on the outside by the socket, which serves as a fastening element for the entire electrical feedthrough to a housing or a jacket tube of a catalytic converter.
  • the socket is completely electrically isolated from the bolt by the insulation layer, so that an electrical short circuit between the bolt and the socket or the housing connected to the socket is prevented.
  • the three components described above are connected to one another by means of a form fit and/or a force fit.
  • the bolt can simply be sawn off from solid material.
  • the socket can be sawn from a hollow cylindrical material, for example a tube.
  • the insulating layer which is preferably formed from an oxide ceramic, can be easily produced by a suitable method, such as sintering.
  • a force component for example a radially inward compressive force on the radial outer surface
  • a force component for example a radially inward compressive force on the radial outer surface
  • an axial and/or radial force on the insulation layer creates a form fit and/or force fit between the insulation layer and the bushing and/or between the insulation layer and the bolt.
  • An axial force component can preferably be applied to the insulation layer.
  • the insulation layer experiences an axial compression, which also results in a widening in the radial direction, which ultimately creates a prestress between the insulation layer and the bolt or the bushing.
  • a radial force can also be exerted on the insulation layer in a simple manner, for example in order to generate a prestress towards the bolt.
  • a preferred exemplary embodiment is characterized in that an axial and/or radial force acting on the bolt from the inside creates a form fit and/or force fit between the bolt and the insulating layer and/or the insulating layer and the bushing.
  • Compression can essentially be produced by axial or radial forces on the bushing and/or the insulating layer, as a result of which a prestress directed inwards into the center of the electrical feedthrough can be produced.
  • the bolt arranged in the center can preferably be expanded by a radially outwardly directed force component, as a result of which a radially outwardly directed pretension is generated.
  • the bolt can preferably do this Opening, such as having an axial bore into which a spreading tool can be inserted to expand the bolt by force.
  • the bolt could be subjected to a high internal pressure, for example pneumatic or hydraulic pressure.
  • the bolt undergoes a permanent, i.e. a plastic, deformation due to the acting force component, which is dimensioned sufficiently large that the prestress generated thereby on the insulation layer and the socket is sufficient to make the electrical feedthrough durable.
  • the bolt has an axial recess for receiving a shaped piece.
  • a suitable molded part can be inserted or pressed into a recess, for example a conically tapering bore, whereby a radially outwardly directed force component can also be generated on the bolt and possibly on the insulation layer and the bushing.
  • the molded part is preferably designed in such a way that it has a certain oversize compared to the recess and the pressing in of the molded part thus causes the bolt to widen, thereby prestressing the insulation layer and the socket.
  • insulation layer and/or the bushing and/or the bolt have mutually concave or convex contact surfaces, via which they are in contact with one another.
  • the bolt can be attached to the insulation layer facing contact surface, for example, have a wedge-shaped groove running in the circumferential direction.
  • the insulation layer can have a wedge-shaped, roof-like contact surface, as a result of which the insulation layer latches in the bolt.
  • Such a form fit can also be formed between the insulation layer and the socket.
  • the contact surfaces between the components can have ridges or grooves or have recesses and projections that correspond to one another in some other way. There is preferably a certain oversize in each case, so that in the assembled state there is prestressing between the components.
  • the contact surfaces between the bolt and the layer of insulation and/or between the layer of insulation and the socket have surface-enlarging elements.
  • Surface-enlarging elements are in particular knobs, grooves, grooves, bulges, but also deliberately introduced roughness.
  • An exemplary embodiment of the invention relates to a method for producing an electrical feedthrough, in which case a force component is applied to at least one of the components from the series socket, bolt or insulating layer after assembly, which produces a permanent plastic deformation of at least that component to which the force component is applied became.
  • the individual components are basically easy to assemble, since the fits created between the components can be dimensioned sufficiently, since the hold between the components is not necessarily generated by them. Only by applying the force component finally becomes one Permanent plastic deformation of individual or all components is generated, which creates a durable connection between the components.
  • the bolt By generating an internal pressure in a recess located in the bolt, the bolt can be expanded, as a result of which a prestress is formed on the insulation layer and/or the bushing.
  • the internal pressure is preferably generated hydraulically or pneumatically.
  • a shaped piece that does not remain in the bolt can also be pressed into the recess, as a result of which the bolt is expanded and the necessary prestress for the insulation layer is generated.
  • the corresponding shaped part for example a stamp of a press, can be removed again.
  • a molded part is pressed into a recess in the bolt, with the bolt undergoing a widening in the radial direction and a prestress on the insulating layer and/or the bushing being generated.
  • the molded part can also remain in the bolt and thus increase the stability of the bolt and ensure that the prestress generated is maintained.
  • the bushing and/or the bolt and/or the insulation layer is thermally pretreated in order to create a temporary increase or decrease in the diameter of the respective component, the components being joined together after the temporary increase or decrease has been created and then a warming or cooling of the assembled components takes place to create a compression between the bushing, the insulating layer and the bolt.
  • Thermal pre-treatment for example strong cooling or strong heating
  • the subsequent cooling in the case of a heated component causes shrinkage, which can lead to prestressing in relation to an inserted component.
  • cooling will cause shrinkage and subsequent heating will cause expansion, which can also lead to prestressing compared to another component.
  • Components that are used in something are preferably shrunk by cooling.
  • Components into which something is inserted for example the insulation layer in the socket, are heated and thus expanded.
  • a combination of both methods for the different components of the electrical feedthrough is also conceivable.
  • 1 shows a sectional view through a bolt, an insulating layer and a bushing, the individual components being shown in the unassembled state
  • 2 shows two sectional views through an electrical feedthrough in each case, with the contact surfaces of the individual components being designed differently from one another,
  • FIG. 3 shows a sectional view through an electrical bushing, internal pressure being generated in a cavity in the bolt
  • FIG. 4 shows a sectional view through an electrical bushing, a molded part being pressed into a recess in the bolt.
  • FIG. 1 shows the individual components of the electrical feedthrough.
  • the bolt 1, which forms the current conductor and is preferably made of a solid material, is arranged centrally.
  • the bolt 1 can be adapted to the geometric requirements by suitable post-processing. All common processing methods can be used for this.
  • the insulation layer 2 is shown as an annular sleeve.
  • the insulation layer is preferably produced from a pressed oxide ceramic.
  • the inner cross section of the ring-like insulation layer 2 is preferably designed in such a way that the bolt 1 can be accommodated.
  • the bushing which in the exemplary embodiment in FIG.
  • the inner diameter of the socket 3 is selected in such a way that the insulating layer 2 can be inserted into the socket 3 .
  • FIG. 2 shows an assembly of the components shown in FIG.
  • the bolt 1 is arranged centrally, the insulation layer 2 surrounds the bolt 1 and the socket 3 accommodates the insulation layer 2 with the bolt 1 .
  • FIG. 2 is an example of an electrical feedthrough and in particular does not rule out other geometric configurations. Properties such as the length of the individual components, protrusions of the components relative to one another, material thicknesses and materials in general are not limited by FIG.
  • the direction of action of a force component acting in the radial direction is indicated by the arrow 4, which can be applied to the outside of the bushing 3, as a result of which a compression of the bushing 3 and, as a result, a prestressing between the components can be generated.
  • FIG. 3 shows an assembled electrical bushing as has already been shown in the upper part of FIG.
  • the bolt 10 here has a recess 9 which was introduced into the bolt 10 from below in the axial direction.
  • An overpressure can be generated in the recess 9 by suitable means, which with the inside of the recess indicated arrows is shown. This generated internal pressure allows the bolt 10 to expand radially and also axially.
  • Figure 4 shows an alternative embodiment of the bolt 12.
  • it has a conically tapering recess 15, into which a shaped body 14 is pressed by means of a force acting along the direction 13, whereby the bolt 12 moves in the radial and axial direction is expanded and a bias to the insulating layer 2 and the socket 3 is generated.
  • the different features of the individual exemplary embodiments can also be combined with one another.
  • the application of an external force and the generation of internal pressure in the bolt can be combined.
  • the application of a force and a special design of the contact surfaces can also be combined with one another in one exemplary embodiment.
  • FIGS. 1 to 4 are not restrictive and serve to clarify the idea of the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Durchführung zur Kontaktierung eines Heizleiters eines elektrisch beheizbaren Wabenkörpers, mit einem elektrisch leitfähigen Bolzen (1, 6, 10, 12), mit einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht (2, 7) und mit einer Buchse (3, 8), in welcher die Isolationsschicht und der Bolzen (1, 6, 10, 12) zumindest teilweise aufgenommen sind, wobei der Bolzen (1, 6, 10, 12) zentral angeordnet ist und zumindest abschnittsweise von der Isolationsschicht in Umfangsrichtung vollständig umlaufend umfasst ist, wobei die drei Elemente mittels eines Formschlusses und/oder eines Kraftschlusses miteinander zerstörungsfrei untrennbar verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung.

Description

Beschreibung
Elektrische Durchführung und Verfahren zur Herstellung dieser
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung zur Kontaktierung eines Heizleiters eines elektrisch beheizbaren Wabenkörpers, mit einem elektrisch leitfähigen Bolzen, mit einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht und mit einer Buchse, in welcher die Isolationsschicht und der Bolzen zumindest teilweise aufgenommen sind, wobei der Bolzen zentral angeordnet ist und zumindest abschnittsweise von der Isolationsschicht in Umfangsrichtung vollständig umlaufend umfasst ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung.
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 ein elektrische Durchführung zur Kontaktierung eines elektrisch beheizbaren Wabenkörpers zu schaffen, welche gegenüber den im Stand der Technik bekannten Lösungen einfacher und kostengünstiger herzustellen ist. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung zu schaffen.
Die Aufgabe hinsichtlich der elektrischen Durchführung wird durch eine elektrische Durchführung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung zur Kontaktierung eines Heizleiters eines elektrisch beheizbaren Wabenkörpers, mit einem elektrisch leitfähigen Bolzen, mit einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht und mit einer Buchse, in welcher die Isolationsschicht und der Bolzen zumindest teilweise aufgenommen sind, wobei der Bolzen zentral angeordnet ist und zumindest abschnittsweise von der Isolationsschicht in Umfangsrichtung vollständig um laufend umfasst ist, wobei die drei Elemente mittels eines Formschlusses und/oder eines Kraftschlusses miteinander zerstörungsfrei untrennbar verbunden sind.
Die elektrische Durchführung wird aus den drei Einzelelementen Bolzen, Isolationsschicht und Buchse aufgebaut. Die Bauteile werden erfindungsgemäß wie folgt angeordnet. Der Bolzen, welcher das stromführende Element darstellt, wird zentral angeordnet. Die Isolationsschicht umfasst den Bolzen in Umfangsrichtung vollständig und erstreckt sich in axialer Richtung zumindest entlang eines Teilabschnitts des Bolzens. Auf die Isolationsschicht folgt radial außen die Buchse, welche als Befestigungselement der gesamten elektrischen Durchführung an einem Gehäuse oder einem Mantelrohr eines Katalysators dient. Die Buchse ist durch die Isolationsschicht vollständig elektrisch isoliert gegenüber dem Bolzen, so dass ein elektrischer Kurzschluss zwischen dem Bolzen und der Buchse beziehungsweise dem mit der Buchse verbundenen Gehäuse verhindert ist.
Erfindungsgemäß sind die drei vorbeschriebenen Bauteile mittels eines Formschlusses und/oder einen Kraftschluss miteinander verbunden. Grundsätzlich bedeutet das, dass auf einzelne oder mehrere Bauteile nach dem Zusammenbau eine Kraft ausgeübt wird, welche zu einer zumindest teilweise plastischen Verformung führt, wodurch ein Kraftschluss zwischen den Bauteilen entsteht. Je nach der Gestaltung der Bauteile kann hierdurch auch ein Formschluss erzeugt werden.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da alle drei Bauteile unabhängig voneinander hergestellt werden können und so besonders kostengünstig zu produzieren sind. So kann der Bolzen einfach aus einem Vollmaterial abgesägt werden. Ebenso kann die Buchse aus einem hohlzylindrischen Material, beispielsweise einem Rohr, abgesägt werden. Die Isolationsschicht, die bevorzugt aus einer Oxidkeramik gebildet ist kann durch ein geeignetes Verfahren, wie beispielsweise Sintern, einfach hergestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn durch eine radiale und/oder axiale Kraft auf die Außenfläche der Buchse ein Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen der Buchse, der Isolationsschicht und dem Bolzen erzeugt ist.
Das Aufbringen einer Kraftkomponente, beispielsweise eine radial nach innen gerichtete Druckkraft auf die radiale Außenfläche, führt zu einer Stauchung der Buchse in radialer Richtung. Dadurch wird, sofern die Verformung den elastischen Anteil übersteigt und eine zumindest teilweise plastische Verformung erreicht wird, eine Vorspannung zwischen der Buchse und der Isolationsschicht erzeugt, welche zu einem dauerhaften Kraftschluss zwischen Buchse und Isolationsschicht führt. Sofern die radial nach innen gerichtete Kraft groß genug ist, kann auch eine Vorspannung zwischen der Isolationsschicht und dem Bolzen hierdurch erzeugt werden. Das Aufbringen der Kraftkomponente kann beispielsweise durch ein Presswerkzeug durch das radiale und/oder axiale Stauchen der Buchse erfolgen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn durch eine axiale und/oder radiale Kraft auf die Isolationsschicht ein Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen der Isolationsschicht und der Buchse und/oder zwischen der Isolationsschicht und dem Bolzen erzeugt ist.
Auf die Isolationsschicht kann bevorzugt eine axiale Kraftkomponente aufgebracht werden. Hierdurch erfährt die Isolationsschicht eine axiale Stauchung, wodurch es auch zu einer Verbreiterung in radialer Richtung kommt, wodurch letztlich eine Vorspannung zwischen der Isolationsschicht und dem Bolzen beziehungsweise der Buchse erzeugt wird.
Sofern die Isolationsschicht in axialer Richtung über die Buchse hervorsteht, kann auch auf einfache Weise eine radiale Kraft auf die Isolationsschicht ausgeübt werden, um beispielsweise eine Vorspannung zum Bolzen hin zu erzeugen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass durch eine axiale und/oder eine radiale Kraft, die von innen auf den Bolzen wirkt, ein Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen dem Bolzen und der Isolationsschicht und/oder der Isolationsschicht und der Buchse erzeugt ist.
Durch axiale oder radiale Kräfte auf die Buchse und/oder die Isolationsschicht kann man im Wesentlichen eine Stauchung erzeugen, wodurch eine nach innen ins Zentrum der elektrischen Durchführung gerichtete Vorspannung erzeugt werden kann.
Der im Zentrum angeordnete Bolzen kann bevorzugt durch eine radial nach außen gerichtete Kraftkomponente aufgeweitet werden, wodurch eine radial nach außen gerichtete Vorspannung erzeugt wird. Der Bolzen kann bevorzugt hierzu eine Öffnung, wie beispielweise eine axiale Bohrung aufweisen, in welche ein Spreizwerkzeug eingeführt werden kann, um den Bolzen per Krafteinwirkung aufzuweiten. Alternativ könnte der Bolzen mit einem hohen Innendruck beaufschlagt werden, beispielswiese einem pneumatischen oder hydraulischen Druck.
Wesentlich ist, dass der Bolzen durch die wirkende Kraftkomponente eine dauerhafte, also eine plastische Verformung erfährt, die ausreichend groß dimensioniert ist, dass die dadurch erzeugte Vorspannung auf die Isolationsschicht und die Buchse ausreichend ist, um die elektrische Durchführung dauerhaltbar zu machen.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Bolzen eine axiale Aussparung zur Aufnahme eines Formstückes aufweist.
In eine Aussparung, beispielsweise eine sich konisch verjüngende Bohrung, kann ein passendes Formteil eingesetzt beziehungsweise eingepresst werden, wodurch ebenfalls eine radial nach außen gerichtete Kraftkomponenten auf den Bolzen und gegebenenfalls auf die Isolationsschicht und die Buchse erzeugt werden kann.
Das Formteil ist bevorzugt derart gestaltet, dass es ein gewisses Übermaß gegenüber der Aussparung hat und so durch das Einpressen des Formteils eine Aufweitung des Bolzens erreicht wird, wodurch eine Vorspannung auf die Isolationsschicht und die Buchse erreicht wird.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Isolationsschicht und/oder die Buchse und/oder der Bolzen wechselseitig konkav oder konvex geformte Kontaktflächen aufweisen, über welche sie miteinander in Kontakt stehen.
Dies ist vorteilhaft, um neben dem Kraftschluss, welcher über das Aufweiten oder Stauchen einzelner Bauteile erreicht wird, einen Formschluss zu erzeugen. Dadurch kann die Verbindung der Bauteile dauerhaltbarer gemacht werden und der Kraftschluss unterstütz werden. Der Bolzen kann an seiner der Isolationsschicht zugewandten Kontaktfläche beispielsweise eine keilförmige in Umfangsrichtung verlaufende Nut aufweisen. Die Isolationsschicht kann eine keilförmige dachartige Kontaktfläche aufweisen, wodurch es zu einer Verrastung der Isolationsschicht in dem Bolzen kommt. Ebenso kann ein solcher Formschluss zwischen der Isolationsschicht und der Buchse ausgebildet sein.
Alternativ können die Kontaktflächen zwischen den Bauteilen Riefen oder Rillen aufweisen oder anderweitig miteinander korrespondierende Ausnehmungen und Vorsprünge aufweisen. Bevorzugt besteht jeweils ein gewisses Übermaß, so dass es im zusammengebauten Zustand zu einer Vorspannung zwischen den Bauteilen kommt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktflächen zwischen dem Bolzen und der Isolationssicht und/oder zwischen der Isolationsschicht und der Buchse oberflächenvergrößernde Elemente aufweisen. Oberflächenvergrößernde Elemente sind insbesondere Noppen, Riefen, Nuten, Wülste, aber auch gezielt eingebrachte Rauigkeiten.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung, wobei auf zumindest eines der Bauteile aus der Reihe Buchse, Bolzen oder Isolationsschicht nach dem Zusammenbau eine Kraftkomponente aufgebracht wird, welche eine dauerhafte plastische Verformung zumindest desjenigen Bauteils erzeugt, auf welches die Kraftkomponente aufgebracht wurde.
Durch das Aufbringen der Kraftkomponenten nach dem Zusammenbau wird erreicht, dass die einzelnen Bauteile grundsätzlich leicht zu montieren sind, da die zwischen den Bauteilen entstehenden Passungen ausreichend dimensioniert werden können, da der Halt zwischen den Bauteilen nicht zwingend über diese erzeugt wird. Erst durch das Aufbringen der Kraftkomponente wird schließlich eine bleibende plastische Verformung einzelner oder aller Bauteile erzeugt wird, welche eine dauerhaltbare Verbindung zwischen den Bauteilen erzeugt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn ein Innendruck in einer im Bolzen befindliche Aussparung erzeugt wird, wodurch der Bolzen eine Ausdehnung in radialer Richtung erfährt und der Außendurchmesser dauerhaft auch nach Abbauen des Überdrucks vergrößert wird.
Durch das Erzeugen eines Innendrucks in einer in dem Bolzen befindlichen Aussparung kann eine Aufweitung des Bolzens erreicht werden, wodurch es zur Ausbildung einer Vorspannung auf die Isolationsschicht und/oder die Buchse kommt. Bevorzugt wird der Innendruck hydraulisch oder pneumatisch erzeugt.
Alternativ kann auch ein nicht im Bolzen verbleibendes Formstück in die Aussparung eingepresst werden, wodurch der Bolzen aufgeweitet wird und die nötige Vorspannung zur Isolationsschicht erzeugt wird. Nach erfolgter plastischer Verformung des Bolzens kann das entsprechende Formstück, beispielsweise ein Stempel einer Presse, wieder entfernt werden.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn ein Formteil in eine Aussparung des Bolzens eingepresst wird, wobei der Bolzen eine Aufweitung in radialer Richtung erfährt und eine Vorspannung auf die Isolationsschicht und/oder die Buchse erzeugt wird.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Formteil auch im Bolzen verbleiben und so die Stabilität des Bolzens erhöhen und das Aufrechterhalten der erzeugten Vorspannung absichern.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Buchse und/oder der Bolzen und/oder die Isolationsschicht thermisch vorbehandelt wird, um eine temporäre Vergrößerung oder Verkleinerung des Durchmessers des jeweiligen Bauteils zu erzeugen, wobei die Bauteile nach Erzeugen der temporären Vergrößerung oder Verkleinerung zusammengefügt werden und anschließend eine Erwärmung oder Abkühlung der zusammengefügten Bauteile erfolgt, um eine Pressung zwischen der Buchse, der Isolationsschicht und dem Bolzen zu erzeugen.
Durch eine thermische Vorbehandlung, beispielsweise dem starken Abkühlen oder dem starken Erhitzen, kann eine Schrumpfung oder Aufweitung einzelner Bauteile erreicht werden. Durch das nachfolgende Abkühlen im Falle eines aufgeheizten Bauteils, kommt es zu einer Schrumpfung, wodurch es zum Entstehen einer Vorspannung gegenüber einem eingesetzten Bauteil kommen kann. Im umgekehrten Fall wird es durch das Abkühlen zu einer Schrumpfung kommen und durch die nachfolgende Aufwärmung zu einer Ausdehnung, wodurch ebenfalls eine Vorspannung gegenüber einem anderen Bauteil erreicht werden kann.
Bauteile, die in etwas eingesetzt werden, beispielsweise der Bolzen in die Isolationsschicht, werden bevorzugt durch Abkühlen geschrumpft. Bauteile, in die etwas eingesetzt wird, beispielsweise die Isolationsschicht in die Buchse, werden erhitzt und somit aufgeweitet. Auch eine Kombination beider Methoden für die unterschiedlichen Bauteile der elektrischen Durchführung ist vorsehbar.
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:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Bolzen, eine Isolationsschicht und eine Buchse, wobei die einzelnen Bauteile im nicht montierten Zustand gezeigt sind, Fig. 2 zwei Schnittansichten durch jeweils eine elektrische Durchführung, wobei die Kontaktflächen der einzelnen Bauteile zueinander unterschiedlich gestaltet sind,
Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine elektrische Durchführung, wobei in einen Hohlraum im Bolzen ein Innendruck erzeugt wird, und
Fig. 4 eine Schnittansicht durch eine elektrische Durchführung, wobei in eine Aussparung im Bolzen ein Formteil eingepresst wird.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt die einzelnen Bauteile der elektrischen Durchführung. Zentral ist der Bolzen 1 angeordnet, welcher den Stromleiter bildet und bevorzugt aus einem Vollmaterial hergestellt ist. Durch eine geeignete Nachbearbeitung kann der Bolzen 1 an die geometrischen Erfordernisse angepasst werden. Hierzu können alle gängigen Bearbeitungsmethoden genutzt werden.
Die Isolationsschicht 2 ist als ringförmige Hülse dargestellt. Bevorzugt ist die Isolationsschicht aus einer gepressten Oxidkeramik erzeugt. Der Innenquerschnitt der ringartig ausgebildeten Isolationsschicht 2 ist bevorzugt derart gestaltet, dass der Bolzen 1 aufgenommen werden kann.
Mit dem Bezugszeichen 3 ist die Buchse dargestellt, welche in dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ebenfalls ringartig ausgestaltet ist. Der Innendurchmesser der Buchse 3 ist derart gewählt, dass die Isolationsschicht 2 in die Buchse 3 eingesetzt werden kann.
Die Bauteile sind in Figur 1 explosionsartig dargestellt im nicht zusammengebauten Zustand. Die Figur 2 zeigt im oberen Teil einen Zusammenbau der in Figur 1 gezeigten Bauteile. Der Bolzen 1 ist zentral angeordnet, die Isolationsschicht 2 umfasst den Bolzen 1 und die Buchse 3 nimmt die Isolationsschicht 2 mit dem Bolzen 1 auf.
Die Figur 2 ist beispielhaft für eine elektrische Durchführung und schließt insbesondere andere geometrische Ausgestaltungen nicht aus. Eigenschaften, wie beispielsweise die Länge der einzelnen Bauteile, Überstände der Bauteile relativ zueinander, Materialstärken und Materialien allgemein, sind durch die Figur 2 nicht beschränkt.
Mit dem Pfeil 4 ist die Wirkrichtung einer in radialer Richtung wirkenden Kraftkomponenten bezeichnet, die auf die Außenseite der Buchse 3 aufgebracht werden kann, wodurch eine Stauchung der Buchse 3 und infolge dessen eine Vorspannung zwischen den Bauteilen erzeugt werden kann.
Mit dem Bezugszeichen 5 ist die Wirkrichtung einer Kraftkomponente bezeichnet, die von innen radial nach außen wirken kann. Diese könnte beispielsweise von innen auf die Isolationsschicht 2 wirken oder sofern der Bolzen 1 eine hierfür passende Aussparung aufweist von innen auf den Bolzen 1 .
Im unteren Teil der Figur 2 sind alternativen Ausgestaltungen für den Bolzen 6, die Isolationsschicht 7 und die Buchse 8 dargestellt. Die Isolationsschicht 7 weist dachartige in radialer Richtung ausgestellte Kontaktflächen auf. Die Buchse 8 und der Bolzen 6 weisen jeweils mit der Form der Isolationsschicht 7 korrespondierende Kontaktflächen auf. Durch die Gestaltung der Kontaktflächen zwischen den Bauteilen kann zusätzlich zum Kraftschluss ein Formschluss erreicht werden.
Die Figur 3 zeigt eine zusammengebaute elektrische Durchführung wie sie bereits im oberen Teil der Figur 2 gezeigt wurde. Im Unterschied zur Figur 2 weist der Bolzen 10 hier eine Aussparung 9 auf, welche in axialer Richtung von unten in den Bolzen 10 eingebracht wurde. Durch geeignete Mittel kann man in der Aussparung 9 einen Überdruck erzeugen, welcher mit den im Inneren der Aussparung angedeuteten Pfeilen dargestellt ist. Durch diesen erzeugten Innendruck kann eine radiale und auch axiale Ausdehnung des Bolzens 10 erreicht werden.
Weiterhin sind in der Figur 3 mit dem Bezugszeichen 11 Pfeile dargestellt, die das Aufbringen einer axialen und/oder radialen Kraftkomponenten von außen auf die Buchse 3 oder die Isolationsschicht 2 andeuten.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Bolzens 12. Im Unterschied zur Figur 3 weist er eine sich konisch verjüngende Aussparung 15 auf, in welche mittels einer entlang der Richtung 13 wirkenden Kraft ein Formkörper 14 eingepresst wird, wodurch der Bolzen 12 in radialer und axialer Richtung aufgeweitet wird und eine Vorspannung zur Isolationsschicht 2 und zur Buchse 3 erzeugt wird.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden. So kann insbesondere das Aufbringen einer Kraft von außen und das Erzeugen eines Innendrucks im Bolzen kombiniert werden. Auch kann das Aufbringen einer Kraft und eine spezielle Gestaltung der Kontaktflächen in einem Ausführungsbeispiel miteinander kombiniert werden.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 4 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
Bezugszeichenliste
1 . Bolzen
2. Isolationsschicht
3. Buchse
4. Wirkrichtung Kraft
5. Wirkrichtung Kraft
6. Bolzen
7. Isolationsschicht
8. Buchse
9. Aussparung
10. Bolzen
11 . Wirkrichtung Kraft
12. Bolzen
13. Wirkrichtung Kraft
14. Formteil
15. Aussparung

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Durchführung zur Kontaktierung eines Heizleiters eines elektrisch beheizbaren Wabenkörpers, mit einem elektrisch leitfähigen Bolzen (1, 6, 10, 12), mit einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht (2, 7) und mit einer Buchse (3, 8), in welcher die Isolationsschicht und der Bolzen (1, 6, 10, 12) zumindest teilweise aufgenommen sind, wobei der Bolzen (1, 6, 10, 12) zentral angeordnet ist und zumindest abschnittsweise von der Isolationsschicht in Umfangsrichtung vollständig umlaufend umfasst ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die drei Elemente mittels eines Formschlusses und/oder eines Kraftschlusses miteinander zerstörungsfrei untrennbar verbunden sind.
2. Elektrische Durchführung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch eine radiale und/oder axiale Kraft auf die Außenfläche der Buchse (3, 8) ein Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen der Buchse (3, 8), der Isolationsschicht (2, 7) und dem Bolzen (1, 6, 10, 12) erzeugt ist.
3. Elektrische Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch eine axiale und/oder radiale Kraft auf die Isolationsschicht (2, 7) ein Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen der Isolationsschicht (2, 7) und der Buchse (3, 8) und/oder zwischen der Isolationsschicht (2, 7) und dem Bolzen (1, 6, 10, 12) erzeugt ist.
4. Elektrische Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch eine axiale und/oder eine radiale Kraft, die von innen auf den Bolzen (1,6, 10, 12) wirkt, ein Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen dem Bolzen (1, 6, 10, 12) und der Isolationsschicht (2, 7) und/oder der Isolationsschicht (2, 7) und der Buchse (3, 8) erzeugt ist.
5. Elektrische Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bolzen (10, 12) eine axiale Aussparung (13) zur Aufnahme eines Formstückes (14) aufweist.
6. Elektrische Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Isolationsschicht (7) und/oder die Buchse (8) und/oder der Bolzen (6) wechselseitig konkav oder konvex geformte Kontaktflächen aufweisen, über welche sie miteinander in Kontakt stehen.
7. Elektrische Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktflächen zwischen dem Bolzen (1, 6, 10, 12) und der Isolationssicht (2, 7) und/oder zwischen der Isolationsschicht (2, 7) und der Buchse (3, 8) oberflächenvergrößernde Elemente aufweisen.
8. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf zumindest eines der Bauteile aus der Reihe Buchse (3, 8), Bolzen (1, 6, 10, 12) oder Isolationsschicht (2, 7) nach dem Zusammenbau eine Kraftkomponente aufgebracht wird, welche eine dauerhafte plastische Verformung zumindest desjenigen Bauteils erzeugt, auf welches die Kraftkomponente aufgebracht wurde.
9. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Innendruck in einer im Bolzen (10) befindliche Aussparung erzeugt wird, wodurch der Bolzen (10) eine Ausdehnung in radialer Richtung erfährt und der Außendurchmesser dauerhaft auch nach Abbauen des Überdrucks vergrößert wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das ein Formteil (14) in eine Aussparung (13) des Bolzens (12) eingepresst wird, wobei der Bolzen (12) eine Aufweitung 16 in radialer Richtung erfährt und eine Vorspannung auf die Isolationsschicht (2) und/oder die Buchse (3) erzeugt wird. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Buchse (3, 8) und/oder der Bolzen (1, 6, 10, 12) und/oder die Isolationsschicht (2, 7) thermisch vorbehandelt wird, um eine temporäre Vergrößerung oder Verkleinerung des Durchmessers des jeweiligen Bauteils zu erzeugen, wobei die Bauteile nach Erzeugen der temporären Vergrößerung oder Verkleinerung zusammengefügt werden und anschließend eine Erwärmung oder Abkühlung der zusammengefügten Bauteile erfolgt, um eine Pressung zwischen der Buchse, der Isolationsschicht (2, 7) und dem Bolzen (1, 6, 10, 12) zu erzeugen.
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