ES2910331T3 - Conexión eléctrica y proceso de fabricación - Google Patents

Abstract

Un proceso de fabricación de una conexión (10) eléctrica de un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna, que comprende - un casquillo (12) que tiene un eje (14) geométrico central, - un conductor (16) eléctrico que atraviesa dicho casquillo (12) a lo largo del eje (14) geométrico central, y - una capa (18) aislante que aísla eléctricamente dicho casquillo (12) de dicho conductor (16), caracterizado por que toda la capa (18) aislante es de un material de menor dureza que el material del que está hecho el casquillo (12), y por que el casquillo (12), la capa (18) aislante y el conductor (16) eléctrico se disponen coaxialmente con respecto al eje (14) geométrico central y a continuación, se prensan juntos por transformación mecánica en frío, en donde la presión actúa sobre una superficie circunferencial externa del casquillo (12) de la conexión (10) eléctrica y está dirigida en dirección radial hacia el interior del eje (14) geométrico central.

Description

DESCRIPCIÓN

Conexión eléctrica y proceso de fabricación

La presente invención se refiere a un proceso de fabricación de una conexión eléctrica de un sistema de gases de escape, que comprende

- un casquillo que tiene un eje geométrico central,

- un conductor eléctrico que atraviesa dicho casquillo a lo largo del eje geométrico central, y

- una capa aislante que aísla eléctricamente dicho casquillo de dicho conductor.

La conexión eléctrica (o disposición de conector eléctrico) puede instalarse en una camisa o carcasa de un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna y conectarse eléctricamente a un componente eléctrico que se dispone en la camisa. El componente eléctrico es preferiblemente un cuerpo de rejilla o panal de un convertidor catalítico que puede calentarse eléctricamente, que está destinado a ser alimentado con corriente eléctrica a través del conductor eléctrico después de la instalación del componente eléctrico. La conexión eléctrica se inserta en una brida de montaje o una abertura de la cubierta y el casquillo se fija en la abertura, por ejemplo, mediante soldadura a la camisa. Una extremidad del conductor eléctrico opuesto al componente eléctrico puede estar conectada a un cable eléctrico. Una extremidad del cable opuesto a la conexión eléctrica puede estar conectada a una fuente de energía eléctrica, por ejemplo una batería o una unidad de control de un vehículo a motor.

Las conexiones eléctricas del tipo mencionado anteriormente son bien conocidas en la técnica. Por ejemplo, el documento EP 2828932 B1 describe una conexión eléctrica que puede extraer corrientes de 30 amperios o más, hasta varios cientos de amperios. La capa aislante está formada por polvo cerámico comprimido y es prácticamente incompresible. Una sección transversal exterior de la conexión eléctrica tiene una forma no circular, por ejemplo, una sección transversal poligonal, con el fin de evitar la rotación de la conexión eléctrica en la camisa o similar incluso en el caso de pares muy altos.

El documento US 6.025.578 describe una conexión eléctrica que tiene un electrodo de sacrificio, una capa protectora u otros tipos de configuraciones protectoras en contacto con el casquillo exterior de la camisa o similar al que se suelda el casquillo. El casquillo está hecho de metal y la capa aislante está hecha de óxido de aluminio. El electrodo de sacrificio es un bloque de zinc. Esto hace que el electrodo de sacrificio se corroa en caso de que un electrolito, por ejemplo, agua salada, se acumule encima del casquillo e impida la corrosión del casquillo o del conductor eléctrico.

El documento EP 0 902 991 B1 describe una conexión eléctrica del tipo mencionado anteriormente. Se sugieren diferentes tipos de conexiones entre una extremidad del conductor eléctrico opuesta al componente eléctrico (por ejemplo, una rejilla que se puede calentar eléctricamente o un cuerpo de panal de un convertidor catalítico) y un cable eléctrico. Así, se puede lograr una conexión eléctrica fiable de una manera rápida y sencilla.

Las conexiones eléctricas conocidas tienen una serie de inconvenientes:

- Una capa aislante hecha de material cerámico tiene la desventaja de que cuando el casquillo se suelda a una camisa o carcasa, la capa aislante puede agrietarse debido a los diferentes valores de contracción térmica del material del casquillo y del material cerámico de la capa aislante, afectando por ello, las buenas características de aislamiento y estanqueidad de las conexiones eléctricas.

- Durante el uso de las conexiones eléctricas, la temperatura puede variar entre la temperatura ambiente (hasta -40°C) cuando el motor de combustión y el convertidor catalítico se han apagado y enfriado, y alrededor de 1.000°C cuando el motor de combustión y el convertidor catalítico están en funcionamiento. Esto puede afectar negativamente a las características y propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y térmicas de la conexión eléctrica. - Las conexiones eléctricas conocidas sólo son capaces de soportar una cantidad muy limitada de fuerza y par. El principal problema no es que toda la conexión eléctrica se afloje y se salga de la brida de montaje o de la abertura de la camisa o carcasa a la que está soldada. Más bien, la interconexión mecánica entre el conductor eléctrico y la capa aislante y/o entre la capa aislante y el casquillo puede aflojarse y romperse debido a los grandes valores de fuerza y/o par que actúan sobre la conexión eléctrica. Por ejemplo, la conexión eléctrica conocida por el documento US 9.225.107 B2 puede absorber pares de sólo hasta 8 Nm. Esta cantidad debería incrementarse.

- El efecto de sellado de la capa aislante no es satisfactorio. Puede haber una fuga de gas o fluido (por ejemplo, gases de escape) desde el interior de la camisa o la carcasa hacia el medio ambiente a través de la conexión eléctrica soldada en la brida de montaje o la abertura de la camisa o carcasa. El gas o fluido puede ser químicamente agresivo y provocar la corrosión del casquillo y/o del conductor eléctrico. Por esta razón, el documento US 6.025.578 sugiere algún tipo de configuración protectora para impedir la corrosión.

Además, también se conocen conexiones eléctricas similares a partir de los documentos DE 102016209282 A1 y EP 0716558 A2. En el documento DE'282 se logra una conexión entre el casquillo, la capa aislante y el conductor eléctrico por medio de una conexión de ajuste a presión. En el documento EP'558 la capa aislante se compone de una pluralidad de componentes hechos de diferentes materiales y la conexión entre el casquillo, la capa aislante y el conductor eléctrico se logra calafateando el casquillo en su extremidad distal superior mediante un anillo de calafateo ejerciendo por ello, una presión axial sobre la capa aislante.

Es un objeto de la presente invención proporcionar una conexión eléctrica que supere al menos algunos de los inconvenientes mencionados anteriormente. En particular, es un objeto proporcionar una conexión eléctrica con las siguientes propiedades:

- la conexión eléctrica debería ser capaz de soportar una tensión mínima de hasta 52 V CC sin sufrir daños, preferentemente hasta 100 V CC,

- la conexión eléctrica debería ser capaz de soportar un valor mínimo de corriente eléctrica de 150 A sin sufrir daños, preferentemente de hasta 200 A,

- la conexión eléctrica debería tener una estabilidad de temperatura y/o cierta flexibilidad mecánica con el fin de compensar los grandes cambios de temperatura de más de 1000 °K sin sufrir daños,

- la conexión eléctrica debería proporcionar un sellado hermético de la camisa o carcasa a la que está unida (por ejemplo, soldada o atornillada), con una fuga máxima de menos de 30 ml/min a 0,3 bar de presión en la camisa o carcasa, preferiblemente inferior a 25ml/min,

- la conexión eléctrica debería proporcionar un buen aislamiento eléctrico del conductor eléctrico con respecto al casquillo y la camisa o a la carcasa, en particular, la conexión eléctrica debería proporcionar una resistencia de aislamiento de más de 10 MQ (preferiblemente un par de GQ) bajo condiciones ambientales (por ejemplo, temperatura 22°C /-2°C, presión alrededor de 1.000 hPa y humedad relativa 35% - 70%) y a 500 V DC-voltaje, - la conexión eléctrica debería tener un par de rotura por encima de 15 Nm, preferiblemente por encima de 16 Nm, particularmente preferido por encima de 17 Nm, en particular alrededor de 20 Nm.

Este objeto se resuelve mediante un proceso de fabricación de una conexión eléctrica que comprende las características de la reivindicación 1. En particular, a partir del proceso de fabricación de una conexión eléctrica del tipo identificado anteriormente, se sugiere que toda la capa aislante esté hecha de un material que tiene una dureza menor que el material del que está hecho el casquillo, y que el casquillo, la capa aislante y el conductor eléctrico están dispuestos coaxialmente con respecto al eje geométrico central y a continuación, presionados juntos por transformación mecánica en frío, en donde actúa la presión sobre una superficie circunferencial externa del casquillo de la conexión eléctrica y está dirigido en dirección radial hacia el interior del eje geométrico central.

El casquillo, la capa aislante y el conductor eléctrico se disponen coaxialmente con respecto al eje geométrico central del casquillo y, a continuación, se presionan juntos con el fin de lograr la transformación mecánica en frío. El casquillo, la capa aislante y el conductor eléctrico se presionan juntos preferiblemente durante un proceso de forja rotativa. La presión actúa sobre la superficie circunferencial externa del casquillo de la conexión eléctrica. La presión se dirige preferentemente en dirección radial hacia el interior del eje geométrico central.

Debido a la transformación mecánica en frío, la interconexión entre el casquillo y la capa aislante y entre la capa aislante y el conductor eléctrico aumenta significativamente. La conexión eléctrica puede absorber valores de fuerza y par mucho más altos sin sufrir daños. En particular, la interconexión mecánica entre el conductor eléctrico y la capa aislante y/o entre la capa aislante y el casquillo no se afloja ni se rompe, incluso si se aplican valores de fuerza y par elevados a la conexión eléctrica.

El casquillo, la capa aislante y el conductor eléctrico son preferiblemente simétricos rotacionalmente con respecto al eje geométrico central. En particular, en una vista en sección transversal, el casquillo, la capa aislante y el conductor eléctrico tienen todos una forma circular o de anillo circular.

El conductor eléctrico está dimensionado de tal manera que pueda soportar una tensión mínima de 52 V CC y una corriente de hasta 200 A. Para ello, se sugiere que el diámetro del conductor esté entre 5,0 mm y 8,0 mm, preferiblemente entre 6,0 mm y 7,5 mm. El diámetro externo del casquillo de la conexión eléctrica viene dictado por las dimensiones de una brida de montaje o abertura en la que se fija el casquillo y/o el uso previsto de la conexión eléctrica. En particular, el casquillo debe encajar perfectamente en la abertura de la cubierta o carcasa. Los ejemplos típicos para el diámetro externo del casquillo están entre 12,0 mm y 18,0 mm, preferiblemente alrededor de 14,0 mm. En una sección transversal, el casquillo tiene preferiblemente un grosor entre la superficie circunferencial interna y la superficie circunferencial externa de entre 1,0 mm y 5,0 mm, preferiblemente de aproximadamente 2,0 mm. El grosor de la capa aislante depende de los diámetros dados del conductor eléctrico y del casquillo, así como de las propiedades eléctricas que ha de lograr la conexión eléctrica. Por ejemplo, la capa aislante debería lograr una resistencia de aislamiento de más de 10 MQ (preferiblemente hasta un par de GQ) bajo condiciones ambientales (por ejemplo, temperatura de 22 °C /-2 °C, presión de alrededor de 1000 hPa y humedad relativa de 35% - 70%) y a 500 V CC de tensión. Con el fin de lograr estas características aislantes, dependiendo del material utilizado para la capa aislante, ésta tiene un grosor de al menos 1,2 mm, preferentemente del orden de 1,6 mm.

Según una realización preferida de la presente invención, se sugiere que el conductor eléctrico tenga una superficie circunferencial externa con al menos una rugosidad media aritmética de al menos Ra = 1 pm (o mayor), protuberancias y rebajes en al menos parte de una superficie circunferencial externa del conductor eléctrico, que está cubierta por la capa aislante. La rugosidad de la superficie circunferencial externa puede ser Ra > 2 pm, preferiblemente Ra > 3 pm, particularmente preferido Ra > 4 pm, Ra > 5 pm o incluso Ra > 10 pm. La rugosidad es tal que proporciona protuberancias (es decir, picos positivos) y/o rebajes (es decir, picos o valles negativos) en una distribución irregular con respecto a una extensión superficial media. La rugosidad deseada puede lograrse durante la fabricación, es decir, mediante el torneado a máquina, del conductor eléctrico, por ejemplo, reduciendo la velocidad de rotación con la que se mecaniza la superficie circunferencial externa, por ejemplo, por medio de una herramienta de corte o fresado. En particular, si se reduce la velocidad rotacional con la que se mecaniza la superficie circunferencial externa, la rugosidad de la superficie circunferencial puede aumentar. Alternativamente, también podría lograrse un valor de rugosidad deseado mediante una etapa de proceso adicional después de la fabricación del conductor eléctrico.

Durante la transformación mecánica en frío, la presión actúa en dirección radial sobre la superficie circunferencial externa del casquillo. El casquillo transfiere al menos parte de la presión radial sobre la capa aislante que se presiona sobre la superficie circunferencial externa del conductor eléctrico. Parte del material aislante se presiona en los rebajes provistos en la superficie circunferencial externa del conductor eléctrico y/o las protuberancias provistas en la superficie circunferencial externa del conductor eléctrico se presionan en el material aislante. Así, se establece una conexión de interbloqueo entre el conductor eléctrico y la capa aislante. Esto puede aumentar aún más los valores de fuerza y par que la conexión eléctrica puede absorber sin sufrir daños. En particular, la interconexión mecánica entre el conductor eléctrico y la capa aislante no se afloja ni se rompe, incluso si se aplican valores elevados de fuerza y par a la conexión eléctrica.

Preferiblemente, las protuberancias tienen una sección transversal con una base en la superficie circunferencial externa del conductor eléctrico y paredes laterales que se extienden desde las extremidades de la base y que convergen hacia la parte superior de la protuberancia. De manera similar, las ranuras pueden tener una sección transversal con una abertura en la superficie circunferencial externa y paredes laterales que se extienden desde las extremidades de la abertura y que convergen hacia la parte inferior de la ranura. Una sección transversal preferida para las ranuras tiene forma de U, por lo que el material de la capa aislante puede entrar y extenderse en la ranura más fácilmente. Por supuesto, las ranuras también podrían tener cualquier otra sección transversal, por ejemplo, una sección transversal en forma de V o una combinación de una forma de U y una forma de V. Una sección transversal preferida para las protuberancias tiene forma de V, de modo que las protuberancias entren más fácilmente en el material de la capa aislante. Por supuesto, las protuberancias también podrían tener cualquier otra sección transversal, por ejemplo, una sección transversal en forma de U o una combinación de una forma de V y una forma de U. Una profundidad preferida de los rebajes y una altura preferida de las protuberancias, respectivamente, pueden estar entre 0,05 mm y 0,3 mm, preferiblemente alrededor de 0,15 mm, con respecto al resto de la superficie circunferencial externa del conductor eléctrico.

Además, se sugiere que las protuberancias y/o los rebajes provistos en la superficie circunferencial externa del conductor eléctrico tengan una extensión longitudinal circunferencial y/o una extensión longitudinal axial. Por ejemplo, las protuberancias o los rebajes pueden tener una extensión longitudinal que discurre en una dirección esencialmente circunferencial, es decir, alrededor del eje geométrico central del casquillo. Alternativamente, las protuberancias o los rebajes pueden tener una extensión longitudinal que discurre en una dirección esencialmente axial, es decir, paralela al eje geométrico central del casquillo. Además, es posible que las protuberancias y/o las ranuras tengan una extensión longitudinal que discurra tanto en dirección circunferencial como axial. En ese caso, las protuberancias y/o las ranuras se extienden de forma inclinada o helicoidal (es decir, en espiral) sobre la superficie circunferencial externa del conductor eléctrico. Tales protuberancias y/o ranuras pueden lograrse durante la fabricación del conductor eléctrico, por ejemplo, por una cierta velocidad de transmisión con respecto a una velocidad de rotación y una cierta profundidad de corte de una herramienta de corte o fresado con la que se mecaniza la superficie circunferencial externa. Alternativamente, las protuberancias y/o ranuras también podrían lograrse mediante una etapa de proceso adicional después de la fabricación del conductor eléctrico. Por supuesto, también es posible que un primer grupo de protuberancias y/o ranuras tenga una extensión longitudinal en una primera dirección y un segundo grupo de protuberancias y/o ranuras tenga una extensión longitudinal en una segunda dirección y que las protuberancias y/o las ranuras del primer grupo se crucen con las protuberancias y/o las ranuras del segundo grupo.

Se prefiere que las protuberancias o rebajes formen parte de una superficie circunferencial externa nervada del conductor eléctrico. La superficie nervada comprende preferiblemente una pluralidad de ranuras. Las ranuras de un primer grupo de ranuras se extienden paralelas entre sí, preferentemente equidistantes, y las ranuras de un segundo grupo de ranuras se extienden paralelas entre sí, preferentemente equidistantes. Las ranuras del primer grupo de ranuras discurren en ángulo con respecto a las ranuras del segundo grupo, siendo el ángulo superior a 0° e inferior a 180°. Preferiblemente, el ángulo entre las primeras y las segundas ranuras es de 90°, lo que da como resultado una superficie nervada con rectángulos o cuadrados entre las ranuras. Alternativamente, el ángulo puede estar entre 10° y 80° dando como resultado una superficie nervada con rombos entre las ranuras. Por supuesto, en lugar de o adicionalmente a las ranuras, la superficie nervada también podría comprender protuberancias.

Con el fin de facilitar que el material de la capa aislante entre y se extienda en las ranuras y/o las protuberancias que entran en el material de la capa aislante, se sugiere que la capa aislante esté hecha de un material que tenga una dureza menor que el material del que está hecho el conductor eléctrico. En particular, se prefiere que el material de la capa aislante tenga una dureza inferior a 5,5 en la escala de Mohs, preferiblemente una dureza inferior a la del óxido de magnesio (MgO). Preferiblemente, el material de la capa aislante tiene una dureza en la escala de Mohs de aproximadamente 1,5 a 4,0, en particular de 2,0 a 3,0. A modo de comparación, el oro tiene una dureza en la escala de Mohs de aprox. 2,5 a 3,0, una moneda de cobre de aprox. 3.0 y el acero de aprox. 6,0 a 6,5. El material del conductor eléctrico tiene una dureza mayor que el material aislante.

Según otra realización preferida de la invención, se sugiere que el casquillo tenga una superficie circunferencial interna con al menos una rugosidad media aritmética de al menos Ra = 1 pm (o mayor), protuberancias y rebajes en al menos parte de una superficie circunferencial interna del casquillo, que cubre la capa aislante. Por lo tanto, el casquillo tiene la forma de un cilindro hueco y la superficie circunferencial interna del casquillo, donde se ubica la capa aislante, presenta la rugosidad, las protuberancias y/o los rebajes deseados. La rugosidad de la superficie circunferencial interna puede ser Ra > 2 pm, preferiblemente Ra > 3 pm, particularmente preferido Ra > 4 pm, Ra > 5 pm o incluso Ra > 10 pm. La rugosidad es tal que proporciona protuberancias (es decir, picos positivos) y/o rebajes (es decir, picos o valles negativos) en una distribución irregular con respecto a una extensión superficial media. La rugosidad deseada puede lograrse durante la fabricación, es decir, mediante el torneado a máquina, del casquillo, por ejemplo, reduciendo la velocidad de rotación con la que se mecaniza la superficie circunferencial interna, por ejemplo, por medio de una herramienta de corte o fresado. En particular, si se reduce la velocidad de rotación con la que se mecaniza la superficie circunferencial interna, la rugosidad de la superficie circunferencial puede aumentar. Alternativamente, también podría lograrse un valor de rugosidad deseado mediante una etapa de proceso adicional después de la fabricación del casquillo.

Durante la transformación mecánica en frío, la presión actúa en dirección radial sobre la superficie circunferencial externa del casquillo. La superficie circunferencial interna del casquillo se presiona en dirección radial sobre la capa aislante. Parte del material aislante se presiona en los rebajes provistos en la superficie circunferencial interna del casquillo y/o las protuberancias provistas en la superficie circunferencial interna del casquillo se presionan sobre el material aislante. Así, se establece una conexión de interbloqueo entre el casquillo y la capa aislante. Esto puede aumentar aún más los valores de fuerza y par que la conexión eléctrica puede absorber sin sufrir daños. En particular, la interconexión mecánica entre el casquillo y la capa aislante no se afloja ni se rompe, incluso si se aplican valores elevados de fuerza y par a la conexión eléctrica.

Preferiblemente, las protuberancias tienen una sección transversal con una base en la superficie circunferencial interna del casquillo y paredes laterales que se extienden desde las extremidades de la base y que convergen hacia la parte superior de la protuberancia. De manera similar, las ranuras pueden tener una sección transversal con una abertura en la superficie circunferencial interna y paredes laterales que se extienden desde las extremidades de la abertura y que convergen hacia la parte inferior de la ranura. Una sección transversal preferida para las ranuras tiene forma de U, por lo que el material de la capa aislante puede entrar y extenderse en la ranura más fácilmente. Por supuesto, las ranuras también podrían tener cualquier otra sección transversal, por ejemplo, una sección transversal en forma de V o una combinación de una forma de U y una forma de V. Una sección transversal preferida para las protuberancias tiene forma de V, de modo que las protuberancias entren más fácilmente en el material de la capa aislante. Por supuesto, las protuberancias también podrían tener cualquier otra sección transversal, por ejemplo, una sección transversal en forma de U o una combinación de una forma de V y una forma de U. Una profundidad preferida de los rebajes y una altura preferida de las protuberancias, respectivamente, pueden estar entre 0,05 mm y 0,3 mm, preferiblemente alrededor de 0,15 mm, con respecto al resto de la superficie circunferencial interna del casquillo.

Además, se sugiere que las protuberancias y/o los rebajes provistos en la superficie circunferencial interna del casquillo tengan al menos una de entre una extensión circunferencial y una extensión axial. Por ejemplo, las protuberancias o los rebajes pueden tener una extensión longitudinal que discurre en una dirección esencialmente circunferencial, es decir, alrededor del eje geométrico central del casquillo. Alternativamente, las protuberancias o los rebajes pueden tener una extensión longitudinal que discurre en una dirección esencialmente axial, es decir, paralela al eje geométrico central del casquillo. Además, es posible que las protuberancias y/o las ranuras tengan una extensión longitudinal que discurra tanto en dirección circunferencial como axial. Por lo tanto, las protuberancias y/o las ranuras se extienden de forma inclinada o helicoidal (es decir, en espiral) sobre la superficie circunferencial interna del casquillo. Tales protuberancias y/o ranuras pueden lograrse durante la fabricación del casquillo, por ejemplo, por una cierta velocidad de transmisión con respecto a una velocidad de rotación y una cierta profundidad de corte de una herramienta de corte o fresado con la que se mecaniza la superficie circunferencial interna. Alternativamente, las protuberancias y/o ranuras también podrían lograrse mediante una etapa de proceso adicional después de la fabricación del casquillo. Por supuesto, también es posible que un primer grupo de protuberancias y/o ranuras tenga una extensión longitudinal en una primera dirección y un segundo grupo de protuberancias y/o ranuras tenga una extensión longitudinal en una segunda dirección y que las protuberancias y/o las ranuras del primer grupo se crucen con las protuberancias y/o las ranuras del segundo grupo.

Según una realización preferida, el casquillo tiene rebajes en forma de ranuras axiales dispuestas en la superficie circunferencial interna del casquillo y separadas entre sí en una dirección circunferencial. Las ranuras tienen una extensión longitudinal que se extiende en dirección axial, es decir, paralela al eje geométrico central del casquillo. Preferiblemente, las ranuras están igualmente separadas entre sí en la dirección circunferencial, es decir, cada una separada de las ranuras contiguas por un ángulo dado. Si el ángulo es de 120°, hay tres ranuras igualmente espaciadas entre sí en la superficie circunferencial interna del casquillo. Por supuesto, también podría proporcionarse un número diferente de ranuras y diferentes ángulos entre las ranuras, igualmente separados entre sí o no.

Preferiblemente, las ranuras axiales no se extienden a lo largo de toda la extensión axial de la superficie circunferencial interna del casquillo. Más bien, se sugiere que las ranuras se extiendan solamente a lo largo de una parte de la superficie interna del casquillo, comenzando en una superficie de extremidad del casquillo y terminando a cierta distancia de una superficie de extremidad opuesta del casquillo. Por lo tanto, las ranuras no alcanzan la superficie de la extremidad opuesta del casquillo. Esto puede aumentar aún más los valores de fuerza y par que la conexión eléctrica puede absorber sin sufrir daños. En particular, una fuerza de desplazamiento del electrodo que actúa sobre el conductor eléctrico en una dirección hacia la superficie de extremidad opuesta del casquillo impedirá que el conductor eléctrico sea presionado o extraído del casquillo junto con la capa aislante. La fuerza de desplazamiento del electrodo está preferiblemente por encima de 5000 N, en particular entre 5500 N y 10000 N. Con el fin de facilitar que el material de la capa aislante entre y se extienda en las ranuras y/o las protuberancias que entran en el material de la capa aislante, se sugiere que la capa aislante esté hecha de un material que tenga una dureza menor que el material de que está hecho el casquillo. Preferiblemente, el material de la capa aislante tiene una dureza en la escala de Mohs de aproximadamente 1,5 a 4,0, en particular de 2,0 a 3,0. El material del casquillo tiene una mayor dureza que el material aislante.

Según una realización preferida de la invención, se sugiere que el casquillo y/o el conductor eléctrico estén hechos de acero inoxidable, en particular de una aleación de níquel-cromo-hierro. En principio, el casquillo y/o el conductor eléctrico podrían estar hechos de cualquier material adecuado siempre que tenga las propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y térmicas necesarias del casquillo y/o del conductor eléctrico requeridos para la conexión eléctrica.

Según otra realización preferida de la invención, se sugiere que la capa aislante esté hecha de un material que comprenda al menos un 50% de un mineral filosilicato. Preferiblemente, el material aislante comprende más del 70%, en particular alrededor del 90% de un mineral de filosilicato. El resto del material puede ser un material laminado o de unión. Preferiblemente, el material de la capa aislante es menos higroscópico que el óxido de magnesio (MgO). En principio, se puede utilizar cualquier material para la capa aislante siempre que tenga las propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y térmicas necesarias del material aislante requerido para la conexión eléctrica. En particular, el material debería ser lo suficientemente elástico para compensar la expansión térmica de los diferentes materiales utilizados en la conexión eléctrica debido al amplio rango de variación térmica durante el uso previsto de la conexión eléctrica, sin romperse ni agrietarse. Por lo tanto, se puede garantizar una hermeticidad al aire de alto grado y de larga duración de la conexión eléctrica.

A continuación se describen características y ventajas adicionales de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. Se observa que cada una de las características mostradas en los dibujos y descritas a continuación, puede ser importante para la presente invención por sí mismas, incluso si no se muestran explícitamente en los dibujos o no se mencionan en la descripción. Además, una combinación de cualquiera de las características mostradas en los dibujos y descritas a continuación puede ser importante para la presente invención, incluso si esa combinación de características no se muestra explícitamente en los dibujos o no se menciona en la descripción. Los dibujos muestran:

La Figura 1 un ejemplo de la conexión eléctrica según una realización preferida de la presente invención; La Figura 2 la conexión eléctrica de la fig.1 en una vista despiezada ordenadamente;

La Figura 3 la conexión eléctrica de la fig.2 parcialmente en una vista en sección;

La Figura 4 un detalle A de un conductor eléctrico de las figs. 2 y 3;

La Figura 5 la conexión eléctrica de la fig.1 parcialmente en una vista en sección;

La Figura 6 la conexión eléctrica de la fig.1 antes de una transformación mecánica en frío;

La Figura 7 la conexión eléctrica de la fig. 1 después de la transformación mecánica en frío;

La Figura 8 una sección transversal a través de protuberancias provistas en una superficie circunferencial externa de un conductor eléctrico;

La Figura 9 una sección transversal a través de ranuras provistas en una superficie circunferencial externa de un conductor eléctrico;

La Figura 10 un ejemplo de uso de una conexión eléctrica según la invención;

La Figura 11 un ejemplo de la conexión eléctrica según otra realización preferida de la presente invención;

La Figura 12 la conexión eléctrica de la fig. 11 en una vista despiezada ordenadamente;

La Figura 13 un detalle B de un conductor eléctrico de la fig. 12;

La Figura 14 otro ejemplo de uso de una conexión eléctrica según la invención;

La Figura 15 un detalle C de la conexión eléctrica de la fig. 14;

La Figura 16 otro ejemplo más de uso de una conexión eléctrica según la invención; y

La Figura 17 un detalle D de la conexión eléctrica de la fig. 16.

Una conexión eléctrica según una realización preferida de la presente invención está designada en su totalidad con el signo de referencia 10. La conexión 10 comprende un casquillo 12 que tiene un eje 14 geométrico central. El casquillo 12 tiene forma de cilindro hueco. Además, la conexión 10 comprende un conductor 16 eléctrico que pasa a través de dicho casquillo 12 a lo largo del eje 14 geométrico central y una capa 18 aislante que aísla eléctricamente dicho casquillo 12 de dicho conductor 16. La Figura 1 muestra una conexión 10 eléctrica completamente ensamblada y lista para usar. La Figura 2 muestra una vista despiezada ordenadamente de la conexión 10 eléctrica. El casquillo 12, la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico son preferiblemente de forma giratoria simétricos con respecto al eje 14 geométrico central. En particular, en una vista en sección transversal, el casquillo 12, la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico tienen todos una forma circular o en forma de anillo circular.

Como se muestra esquemáticamente en la Figura 10, la conexión 10 eléctrica puede instalarse en una camisa o carcasa 100 de un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna y conectarse eléctricamente a un componente 102 eléctrico dispuesto en la camisa 100. La realización de la Figura 10 muestra un tipo específico de conexión 10 eléctrica. Otras realizaciones se describirán con mayor detalle a continuación. El componente 102 eléctrico es preferiblemente un cuerpo de rejilla o panal que se puede calentar eléctricamente de un convertidor 104 catalítico que está destinado a ser alimentado con corriente eléctrica a través de los conductores 16 eléctricos de las conexiones 10 eléctricas después de la instalación del componente 102 eléctrico. En la Figura 10, el convertidor 104 catalítico o su camisa 100, respectivamente, se muestra en una vista en sección, con el fin de permitir una visión de la parte interna de la camisa 100. Cuando está en uso, el convertidor 104 catalítico o su camisa 100, respectivamente, se cerrará de manera hermética con el fin de impedir que los gases de escape, se escapen de la parte interna de la camisa 100.

La conexión 10 eléctrica se inserta en una brida de montaje o abertura 106 de la camisa 100, y el casquillo 12 se fija en la brida de montaje o abertura 106, por ejemplo, mediante soldadura a la camisa 100. Alternativamente, el casquillo 12 también podría fijarse en la brida de montaje o la abertura 106 a la camisa 100 de cualquier otra forma, por ejemplo, por medio de un roscado o similar.

Una extremidad interna (dentro de la camisa 100) del conductor 16 eléctrico de la conexión 10 eléctrica está conectado al componente 102 eléctrico. Una extremidad externa (fuera de la camisa 100) del conductor 16 eléctrico opuesta al componente 102 eléctrico puede conectarse a un cable eléctrico (no mostrado) o similar. Preferiblemente, el conductor 16 eléctrico de la conexión 10 eléctrica está provisto de una carga eléctrica positiva (+). Una extremidad del cable opuesto a la conexión 10 eléctrica puede estar conectada a una fuente de energía eléctrica (no mostrada), por ejemplo una batería o una unidad de control de un vehículo automóvil, preferiblemente al polo positivo de la batería o la unidad de control.

De manera similar, una extremidad interna del conductor eléctrico de otra conexión eléctrica (no mostrada) está conectada al componente 102 eléctrico. La conexión puede lograrse directa o indirectamente mediante una carcasa interna del componente 102 eléctrico. Una extremidad externa del conductor eléctrico de la otra conexión eléctrica opuesta al componente 102 eléctrico puede conectarse a un cable eléctrico (no mostrado) o similar. Preferiblemente, el conductor 16 eléctrico de la otra conexión eléctrica está provisto de una carga eléctrica negativa (-), por ejemplo, conectado a tierra o a un terminal de tierra (por ejemplo, la carrocería o el chasis de un vehículo). Una extremidad del cable opuesto a la otra conexión eléctrica puede estar conectada a una fuente de energía eléctrica (no mostrada), por ejemplo una batería o una unidad de control de un vehículo a motor, preferiblemente al polo negativo de la batería o de la unidad de control o a tierra o a un terminal de tierra. En este último caso, el polo negativo de la batería estaría conectado a tierra o al terminal de tierra en algún otro punto.

Finalmente, el conductor eléctrico de otra conexión eléctrica (no mostrada) simplemente cumple la función de un pasador de sujeción aislado eléctricamente adaptado para sujetar una carcasa interna del componente 102 eléctrico o el propio componente 102 eléctrico dentro de la camisa 100. Con este fin, se sugiere que una extremidad interna del conductor eléctrico de la conexión eléctrica adicional esté conectada a la carcasa interna del componente 102 eléctrico o al propio componente 102 eléctrico. La conexión es preferiblemente conductora eléctricamente y puede realizarse, por ejemplo, soldando, atornillando o de cualquier otra manera. El conductor eléctrico de la conexión eléctrica adicional está eléctricamente aislado con respecto al casquillo por medio de la capa aislante. Por lo tanto, la conexión eléctrica adicional aísla la carcasa interna con respecto a la camisa 100.

Por supuesto, las conexiones 10 eléctricas según la presente invención no se limitan a los diferentes usos aquí descritos a modo de ejemplo. La conexión 10 eléctrica también se puede utilizar en muchas otras aplicaciones. Según la presente invención, el casquillo 12, la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico se presionan juntos con el fin de lograr una transformación mecánica en frío. Primero, el casquillo 12, la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico están dispuestos coaxialmente con respecto al eje 14 geométrico central del casquillo 12 (véase la Figura 6). Con este fin, antes de la transformación mecánica en frío, el diámetro interno de una superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 es ligeramente mayor que el diámetro externo de la capa 18 aislante. Por ejemplo, el diámetro interno del casquillo 12 puede ser mayor en aproximadamente 0,1 mm que el diámetro externo de la capa 18 aislante, con el fin de poder deslizar el casquillo 12 sobre la capa 18 aislante. De manera similar, un diámetro externo de una superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico es ligeramente menor que un diámetro interno de la capa 18 aislante, por ejemplo, menor en aproximadamente 0,1 mm. Después de disponer el casquillo 12, la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico coaxialmente con respecto al eje 14 geométrico central del casquillo 12, estos componentes 12, 18, 16 se presionan juntos para lograr una transformación mecánica en frío (véase la Figura 7).

El casquillo 12, la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico se presionan juntos preferentemente durante un proceso de forjado rotativo logrando por ello la transformación mecánica en frío. La presión actúa sobre la superficie circunferencial externa del casquillo 12 de la conexión 10 eléctrica. La presión se dirige preferiblemente en dirección radial hacia adentro del eje 14 geométrico central. Debido a la presión y la transformación mecánica en frío, las dimensiones originales (diámetro A y longitud B) de la conexión 10 eléctrica cambian (diámetro A1 y longitud B1). En particular, el diámetro disminuirá y la longitud aumentará (A1 < A; B1 > B), como podría representase en las Figuras 6 y 7. Preferiblemente, el cambio de dimensiones se refiere al casquillo 12 y a la capa 18 aislante, mientras que el conductor 16 eléctrico mantendrá esencialmente sus dimensiones originales.

La presión que actúa sobre la conexión 10 eléctrica también puede modificar la estructura de los materiales utilizados para el casquillo 12, la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico. En particular, el material de la capa 18 aislante y/o del casquillo 12 puede ser endurecido y/o la resistencia a la fatiga por flexión puede aumentar debido a la presión aplicada a la conexión 10 eléctrica.

Debido a la transformación mecánica en frío, la interconexión entre el casquillo 12 y la capa 18 aislante y entre la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico aumenta significativamente. La conexión 10 eléctrica puede absorber valores de fuerza y par muy superiores sin sufrir daños. En particular, la interconexión mecánica entre el conductor 16 eléctrico y la capa 18 aislante y/o entre la capa 18 aislante y el casquillo 12 no se afloja ni se rompe, incluso si se aplican valores elevados de fuerza y par a la conexión 10 eléctrica durante su uso previsto.

El conductor 10 eléctrico y sus componentes (casquillo 12, capa 18 aislante y conector 16 eléctrico), respectivamente, podrían estar dimensionados y/o fabricados con un material especial que el conector 10 eléctrico pueda soportar hasta 100 V de CC y transmitir hasta 200 A. Con este fin, se sugiere que el diámetro del conductor 16 esté entre 5,0 mm y 8,0 mm, preferiblemente entre 6,0 mm y 7,5 mm. El diámetro exterior A1 del casquillo 12 lo determina el cliente y/o el uso previsto de la conexión 10 eléctrica.

En particular, el casquillo 12 debería encajar perfectamente en la abertura 106 en la camisa o carcasa 100. Los ejemplos típicos para el diámetro exterior A1 del casquillo 12 se encuentran entre 12,0 mm y 18,0 mm, preferiblemente alrededor de 14,0 mm. En una sección transversal, el casquillo 12 tiene preferiblemente un grosor entre la superficie 12a circunferencial interna y la superficie 12b circunferencial externa (véase la Figura 2) de entre 1,0 mm y 5,0 mm, preferiblemente de aproximadamente 2,0 mm. El grosor de la capa 18 aislante depende de los diámetros dados del conductor 16 eléctrico y del casquillo 12, así como de las propiedades eléctricas o aislantes que ha de lograr la conexión 10 eléctrica. Por ejemplo, la capa 18 aislante debería lograr una resistencia de aislamiento de al menos 10 MQ a una tensión de 500 V de CC, preferiblemente de hasta un par de GQ bajo condiciones ambientales. Dependiendo del material utilizado para la capa 18 aislante, tiene un grosor de al menos 1,2 mm, preferiblemente alrededor de 1,6 mm. Por supuesto, estos son meros valores ejemplares, adaptados en particular para el uso mostrado en la Figura 10. Cuando se utiliza la conexión 10 eléctrica en otras aplicaciones, uno o más de los valores y propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y térmicas pueden variar incluso significativamente.

Se sugiere que el conductor 16 eléctrico tenga una superficie 16b circunferencial externa con una rugosidad media aritmética de al menos Ra = 1 pm (o mayor) y/o protuberancias y/o rebajes 20 en al menos parte 16a de la superficie 16b circunferencial externa, que está cubierta por la capa 18 aislante cuando se ensambla (véanse las Figuras 2 a 4). La rugosidad de la superficie 16b circunferencial es tal que proporciona protuberancias (es decir, picos positivos) y/o rebajes (es decir, picos o valles negativos) 20 en una distribución irregular con respecto a una extensión superficial media. La rugosidad deseada puede lograrse durante la fabricación, es decir, mediante el torneado a máquina, del conductor 16 eléctrico, por ejemplo, reduciendo la velocidad de rotación con la que se mecaniza la superficie 16b circunferencial externa, por ejemplo, por medio de una herramienta de corte o fresado. En particular, si se reduce la velocidad de rotación con la que se mecaniza la superficie 16b circunferencial externa, la rugosidad de la superficie 16b circunferencial del conductor 16 eléctrico puede aumentar. Alternativamente, también se podría lograr un valor de rugosidad deseado mediante una etapa de proceso adicional después de la fabricación del conductor 16 eléctrico.

Durante la transformación mecánica en frío, la presión actúa en dirección radial sobre la superficie 12b circunferencial externa del casquillo 12. El casquillo 12 transfiere al menos una parte de la presión radial sobre la capa 18 aislante que se presiona sobre la superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico. Parte del material aislante se presiona en los rebajes 20 provistos en el conductor 16 eléctrico y/o las protuberancias 20 provistas en el conductor 16 eléctrico se presionan en el material aislante de esta capa 18 aislante. Así, una conexión de interbloqueo se establece entre el conductor 16 eléctrico y la capa 18 aislante. Esto puede aumentar aún más los valores de fuerza y par que el conductor eléctrico 10 puede absorber sin sufrir daños. En particular, la interconexión mecánica entre el conductor 16 eléctrico y la capa 18 aislante no se afloja ni se rompe, incluso si se aplican valores elevados de fuerza y par a la conexión 10 eléctrica.

Como se muestra en la Figura 8, las protuberancias 20 tienen preferiblemente una sección transversal con una base 22a en la superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico y paredes 22b laterales que se extienden desde las extremidades de la base 22a y que convergen preferiblemente hacia la parte superior de la protuberancia 20. De manera similar, como se muestra en la Figura 9, las ranuras 20 pueden tener una sección transversal con una abertura 24a en la superficie 16b circunferencial externa y paredes 24b laterales que se extienden desde las extremidades de la abertura 24a y que convergen preferiblemente hacia la parte inferior de la ranura 20..

Una sección transversal preferida para las ranuras 20 tiene forma de U, por lo que el material de la capa 18 aislante puede entrar y extenderse en la ranura 20 más fácilmente (véase la Figura 9). Por supuesto, las ranuras 20 también podrían tener cualquier otra sección transversal, por ejemplo, una sección transversal en forma de V o una combinación de una forma de U y una forma de V. En el caso de una rugosidad en la superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico, las ranuras podrían tener cualquier forma y posición irregular y podrían diferenciarse entre sí.

Una sección transversal preferida para las protuberancias 20 tiene forma de V, por lo que las protuberancias 20 entran más fácilmente en el material de la capa 18 aislante (véase la Figura 8). Por supuesto, las protuberancias 20 también podrían tener cualquier otra sección transversal, por ejemplo, una sección transversal en forma de U o una combinación de una forma de V y una forma de U. En el caso de una rugosidad en la superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico, las protuberancias podrían tener cualquier forma y posición irregular y podrían diferenciarse entre sí.

Una profundidad preferida de los rebajes 20 y una altura preferida de las protuberancias 20, respectivamente, pueden estar entre 0,05 mm y 0,3 mm, preferiblemente alrededor de 0,15 mm, con respecto al resto de la superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico. Por supuesto, estos son solo valores ejemplares y pueden variar considerablemente en la práctica.

Además, se sugiere que las protuberancias 20 y/o los rebajes 20 provistos en la superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico tengan una extensión longitudinal circunferencial y/o una extensión longitudinal axial. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 4, las protuberancias o los rebajes 20a pueden tener una extensión longitudinal que se extiende en una dirección esencialmente circunferencial, es decir, alrededor del eje 14 geométrico central del casquillo 12. Alternativamente, las protuberancias o los rebajes 20b pueden tener una extensión longitudinal que se extiende en una dirección esencialmente axial, es decir, paralela al eje 14 geométrico central del casquillo 12. Además, es posible que las protuberancias y/o las ranuras 20 tengan una extensión longitudinal que se extienda tanto en una dirección circunferencial como. Por lo tanto, las protuberancias y/o las ranuras 20 se extienden de forma inclinada o helicoidal (es decir, en espiral) sobre la superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico (no mostrado). Tales protuberancias y/o ranuras 20 pueden lograrse durante la fabricación del conductor 16 eléctrico, por ejemplo, mediante una cierta velocidad de transmisión con respecto a una velocidad de rotación y una cierta profundidad de corte de una herramienta de corte o fresado con la que se mecaniza la superficie 16b circunferencial externa. Alternativamente, las protuberancias y/o ranuras 20 también podrían lograrse mediante una etapa de proceso adicional después de la fabricación del conductor 16 eléctrico. Por supuesto, también es posible que un primer grupo de protuberancias y/o ranuras 20a tenga una extensión longitudinal en una primera dirección y un segundo grupo de protuberancias y/o ranuras 20b tengan una extensión longitudinal en una segunda dirección y que las protuberancias y/o las ranuras 20a del primer grupo se crucen con las protuberancias y/o las ranuras 20b del segundo grupo (véase la Figura 4).

Se prefiere que las protuberancias o rebajes 20 sean parte de una superficie 16a circunferencial externa nervada del conductor 16 eléctrico como la que se muestra en la Figura 4. La superficie 16a nervada comprende preferiblemente una pluralidad de ranuras 20a, 20b. Las ranuras 20a de un primer grupo se extienden paralelas entre sí, preferiblemente equidistantes, y las ranuras 20b de un segundo grupo se extienden paralelas entre sí, preferiblemente equidistantes. Las ranuras 20a del primer grupo discurren en ángulo con respecto a las ranuras 20b del segundo grupo, siendo el ángulo mayor de 0° y menor de 180°. Preferiblemente, el ángulo entre la primera y la segunda ranuras 20a, 20b es de 90°, lo que da como resultado una superficie 16a nervada con rectángulos o cuadrados entre las ranuras 20a, 20b (véase la Figura 4). Alternativamente, el ángulo puede estar entre 10° y 80°, preferiblemente alrededor de 60°, dando como resultado una superficie 16a nervada con rombos entre las ranuras 20a, 20b (véase la Figura 13). Por supuesto, en lugar de o adicionalmente a las ranuras 20a, 20b, la superficie 16a nervada también podría comprender protuberancias.

Con el fin de facilitar que el material de la capa 18 aislante entre y se extienda en las ranuras 20 y/o para facilitar que las protuberancias 20 entren en el material de la capa 18 aislante, cuando se aplica presión externa a la conexión 10 eléctrica durante la transformación mecánica en frío, se sugiere que la capa 18 aislante esté hecha de un material que tenga una dureza menor que el material del que está hecho el conductor 16 eléctrico. Preferiblemente, el material de la capa 18 aislante tiene una dureza en la escala de Mohs de aproximadamente 1,5 a 4,0, en particular de 2,0 a 3,0. A modo de comparación, el oro tiene una dureza en la escala de Mohs de aprox. 2,5 a 3,0, una moneda de cobre de aproximadamente 3.0 y el acero de aproximadamente 6,0 a 6,5. El material del conductor 16 eléctrico tiene una dureza mayor que el material aislante.

Además, se sugiere que el casquillo 12 tenga una superficie 12a circunferencial interna con al menos una de una rugosidad media aritmética de al menos Ra = 1 pm (o mayor), protuberancias y rebajes 26 en al menos parte de la superficie 12a circunferencial interna, que cubre la capa 18 aislante cuando se ensambla. Por lo tanto, el casquillo 12 puede tener la forma de un cilindro hueco y la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12, donde se encuentra la capa 18 aislante, presenta la rugosidad deseada, protuberancias y/o rebajes 26. La rugosidad de la superficie 12a circunferencial es tal que proporciona protuberancias (es decir, picos positivos) y/o rebajes (es decir, picos o valles negativos) en una distribución irregular con respecto a una extensión superficial media. La rugosidad deseada puede lograrse durante la fabricación, es decir, mediante el torneado a máquina, del casquillo 12, por ejemplo, reduciendo la velocidad de rotación con la que se mecaniza la superficie 12a circunferencial interna, por ejemplo, por medio de una herramienta de corte o fresado. En particular, si se reduce la velocidad de rotación con la que se mecaniza la superficie 12a circunferencial interna, la rugosidad de la superficie 12a circunferencial puede aumentar. Alternativamente, también se podría lograr un valor de rugosidad deseado mediante una etapa de proceso adicional después de la fabricación del casquillo 12.

Durante la transformación mecánica en frío, la presión actúa en dirección radial sobre la superficie 12b circunferencial externa del casquillo 12. La superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 se presiona en dirección radial sobre la capa 18 aislante. Parte del material aislante de la capa 18 aislante se presiona en los rebajes 26 provistos en la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 y/o las protuberancias 26 provistas en la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 se presionan en el material aislante de la capa 18 aislante. Así, se establece una conexión de interbloqueo entre el casquillo 12 y la capa 18 aislante. Esto puede aumentar aún más los valores de fuerza y par que el conductor 10 eléctrico puede absorber sin sufrir daños. En particular, la interconexión mecánica entre el casquillo 12 y la capa 18 aislante no se afloja ni se rompe, incluso si se aplican altos valores de fuerza y par a la conexión 10 eléctrica.

Preferiblemente, de manera similar a lo que se muestra en las Figuras 8 y 9 y descrito anteriormente con respecto a las protuberancias y ranuras 20 del conductor 16 eléctrico, las protuberancias 26 de la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 tienen una sección transversal con una base sobre la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 y paredes laterales que se extienden desde las extremidades de la base y que convergen preferiblemente hacia la parte superior de las protuberancias 26. De manera similar, las ranuras 26 pueden tener una sección transversal con una abertura en la superficie 12a circunferencial interna y paredes laterales extendiéndose desde las extremidades de la abertura y que convergen preferentemente hacia la parte inferior de la ranura.

Una sección transversal preferida para las ranuras 26 tiene forma de U, por lo que el material de la capa 18 aislante puede entrar y extenderse en las ranuras 26 más fácilmente. Por supuesto, las ranuras 26 también podrían tener cualquier otra sección transversal, por ejemplo, una sección transversal en forma de V o una combinación de una forma de U y una forma de V. En el caso de una rugosidad en la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12, las ranuras podrían tener cualquier forma y posición irregular y podrían diferenciarse entre sí.

Una sección transversal preferida para las protuberancias 26 tiene forma de V, por lo que las protuberancias 26 pueden entrar más fácilmente en el material de la capa 18 aislante. Por supuesto, las protuberancias 26 también podrían tener cualquier otra sección transversal, por ejemplo, una sección transversal en forma de U o una combinación de una forma de V y una forma de U. En el caso de una rugosidad en la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12, las protuberancias podrían tener cualquier forma y posición irregular y podrían diferenciarse entre sí.

Una profundidad preferida de los rebajes 26 y una altura preferida de las protuberancias 26, respectivamente, pueden estar entre 0,05 mm y 0,3 mm, preferiblemente alrededor de 0,15 mm, con respecto al resto de la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12. Por supuesto, estos son solamente valores ejemplares y pueden variar considerablemente en la práctica.

Además, se sugiere que las protuberancias y/o los rebajes 26 provistos en la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 tengan al menos una extensión circunferencial y una extensión axial. Por ejemplo, las protuberancias o los rebajes 26 pueden tener una extensión longitudinal que discurre en una dirección esencialmente circunferencial (no mostrada), es decir, alrededor del eje 14 geométrico central del casquillo 12.

Alternativamente, las protuberancias o los rebajes 26 pueden tener una extensión longitudinal que discurre en una dirección esencialmente axial (véanse las Figuras 2, 3, 5 y 12), es decir, paralela al eje 14 geométrico central del casquillo 12. Además, es posible que las protuberancias y/o las ranuras 26 tengan una extensión longitudinal que discurre tanto en dirección circunferencial como axial. Por lo tanto, las protuberancias y/o las ranuras 26 se extienden de forma inclinada o helicoidal (es decir, en espiral) sobre la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 (no mostrado). Tales protuberancias y/o ranuras 26 pueden lograrse durante la fabricación del casquillo 12, por ejemplo, por una cierta velocidad de transmisión con respecto a una velocidad de rotación y una cierta profundidad de corte de una herramienta de corte o fresado con la que se mecaniza la superficie 12a circunferencial interna. Alternativamente, las protuberancias y/o ranuras 26 también podrían lograrse mediante una etapa de proceso adicional después de la fabricación del casquillo 12. Por supuesto, también es posible que un primer grupo de protuberancias y/o ranuras 26 tenga una extensión longitudinal en una primera dirección y un segundo grupo de protuberancias y/o ranuras 26 tenga una extensión longitudinal en una segunda dirección y las protuberancias y/o las ranuras 26 del primer grupo se crucen con las protuberancias y/o las ranuras 26 del segundo grupo.

Según una realización preferida mostrada en las Figuras 2, 3, 5 y 12, el casquillo 12 tiene rebajes en forma de ranuras 26 axiales provistas en la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12 y separadas entre sí en una dirección circunferencial. Las ranuras 26 tienen una extensión longitudinal que se extiende en dirección axial, es decir, paralela al eje 14 geométrico central del casquillo 12. Preferiblemente, las ranuras 26 están separadas entre sí por igual en la dirección circunferencial, es decir, cada una está separada de las ranuras contiguas por un ángulo dado. Si el ángulo es de 60°, hay seis ranuras 26 igualmente espaciadas entre sí en la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12. Por supuesto, podría estar provisto también un número diferente de ranuras 26 y diferentes ángulos entre las ranuras 26, igualmente espaciadas entre sí o no.

Preferiblemente, las ranuras 26 axiales no se extienden a lo largo de toda la extensión axial de la superficie 12a circunferencial interna del casquillo 12. Más bien, se sugiere que las ranuras 26 se extiendan solamente a lo largo de una parte de la superficie 12a interna del casquillo 12, comenzando en una superficie 12c de extremidad del casquillo 12 y terminando a cierta distancia de una superficie 12d de la extremidad opuesta del casquillo 12. Esto se puede ver en las Figuras 3 y 5. Por lo tanto, las ranuras 26 no alcanzan la superficie 12d de la extremidad opuesta del casquillo 12. Esto puede aumentar aún más los valores de fuerza y par que la conexión 10 eléctrica puede absorber sin sufrir daños. En particular, una fuerza F (véanse las Figuras 3 y 12) que actúa sobre el conductor 16 eléctrico en una dirección hacia la superficie 12d de la extremidad opuesta del casquillo 12 impedirá que el conductor 16 eléctrico sea presionado o extraído del casquillo 12 junto con la capa 18 aislante. La fuerza F también se denomina fuerza de desplazamiento del electrodo. La fuerza de desplazamiento del electrodo F está preferiblemente por encima de 5000 N, en particular de 5500 N a 10000 N.

Las Figuras 11 a 13 muestran otra realización preferida de la conexión 10 eléctrica según la presente invención. En particular, en esta realización, las ranuras 20a del primer grupo discurren en un ángulo con respecto a las ranuras 20b del segundo grupo, el ángulo entre 10° y 80°, preferiblemente alrededor de 60°, dando como resultado una superficie 16a nervada con rombos entre las ranuras 20a, 20b (véase la Figura 13). Por supuesto, en lugar de o adicionalmente a las ranuras 20a, 20b, la superficie 16a nervada también podría comprender protuberancias.

Por supuesto, la superficie 16a nervada circunferencial externa también puede tener cualquier otro diseño, siempre que permita una interacción de ajuste de forma mecánica entre la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico, logrando por ello una conexión de interbloqueo entre los dos y mejorando la fijación del material 18 aislante sobre la superficie 16b circunferencial externa del conductor 16 eléctrico.

En la Figura 11 puede verse que la superficie 16a nervada tiene una extensión axial mayor que la de la capa 18 aislante y la del casquillo 12. Esto permite una posición exacta del conductor 16 eléctrico con respecto al casquillo 12 durante el proceso de fabricación antes de que el casquillo 12, la capa 18 aislante y el conductor 16 eléctrico se presionen juntos con el fin de lograr la transformación mecánica en frío.

Las Figuras 14 y 15 muestran la conexión 10 eléctrica de las Figuras 11 a 13 fijada en una abertura 106 de una camisa o carcasa 100, por ejemplo de un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna. La conexión 10 eléctrica puede fijarse en la abertura 106 mediante soldadura, atornillado o técnicas de conexión similares. En las Figuras 14 y 15 se ve un cordón 110 de soldadura. Como alternativa o adicionalmente, la conexión 10 eléctrica también podría estar provista de un collar que sobresale radialmente (no mostrado) que descansa sobre una superficie exterior de la camisa 100 cuando la conexión 10 eléctrica se introduce en la abertura 106. El collar puede soportar adicionalmente una fijación hermética de la conexión 10 eléctrica en la abertura 106 de la camisa 100.

Las Figuras 16 y 17 muestran otra realización de una conexión 10 eléctrica fijada en una abertura 106 de una camisa o carcasa 100, por ejemplo de un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna. La superficie 16 circunferencial externa nervada puede comprender ranuras 20 que se extienden alrededor de la totalidad o parte de la circunferencia de la superficie 16b externa del conductor 16 eléctrico. Las ranuras 20 pueden tener una forma anular o helicoidal. La conexión 10 eléctrica puede fijarse en la abertura 106 mediante soldadura, atornillado o técnicas de conexión similares. En las Figuras 16 y 17 la conexión eléctrica se fija en la abertura mediante atornillado. Para ello, la superficie 12b exterior del casquillo 12 o al menos parte de ella está provista de una rosca exterior. Una rosca interna correspondiente puede estar provista en la abertura 106. Como alternativa o adicionalmente, la conexión 10 eléctrica también podría estar provista de un collar que sobresale radialmente (no mostrado) que descansa sobre una superficie exterior de la camisa 100 cuando se introduce la conexión 10 eléctrica en la abertura 106. El collar puede soportar adicionalmente una fijación hermética de la conexión 10 eléctrica en la abertura 106 de la camisa 100.

Con el fin de facilitar que el material de la capa 18 aislante entre y se extienda en las ranuras 26 y/o las protuberancias 26 entren en el material de la capa 18 aislante, se sugiere que la capa 18 aislante esté hecha de un material que tenga una menor dureza que el material del que está hecho el casquillo 12. Preferiblemente, el material de la capa 18 aislante tiene una dureza en la escala de Mohs de aproximadamente 1,5 a 4,0, en particular de 2,0 a 3,0. El material del casquillo 12 tiene una dureza mayor que la del material aislante.

Se sugiere que el casquillo 12 y/o el conductor 16 eléctrico estén hechos de acero inoxidable, en particular de una aleación de níquel-cromo-hierro. El material del casquillo 12 y/o del conductor 16 eléctrico puede comprender un mínimo de 70% de níquel (más cobalto), 10-20% de cromo y 3-15% de hierro. Además de estos componentes, el material también puede contener pequeñas cantidades (< 2%) de carbono, manganeso, azufre, silicio y/o cobre. Preferiblemente, el material del casquillo 12 y/o del conductor 16 eléctrico comprende un mínimo de 72% de níquel (más cobalto), 14-17% de cromo y 6-10% de hierro. Puede ser ventajoso que tanto el casquillo 12 como el conductor 16 eléctrico estén hechos del mismo material. En principio, se pueden utilizar todos los materiales para el casquillo 12 y para el conductor 16 eléctrico que estén adaptados para proporcionar las propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y térmicas necesarias para la conexión 10 eléctrica.

Se sugiere además que la capa 18 aislante esté hecha de un material que comprenda al menos un 50% de un mineral de filosilicato. Preferiblemente, el material aislante comprende más del 70%, en particular alrededor del 90% de un mineral de filosilicato. El resto del material de la capa 18 aislante puede ser un material laminado o de unión. Preferiblemente, el material de la capa 18 aislante es menos higroscópico que el óxido de magnesio (MgO). En principio, se pueden utilizar todos los materiales para la capa 18 aislante que estén adaptados para proporcionar las propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y térmicas necesarias requeridas para la conexión 10 eléctrica. En particular, el material debería ser lo suficientemente elástico para compensar la expansión térmica de los diferentes materiales utilizados en la conexión 10 eléctrica debido al amplio rango de variación térmica (más de 1000°K) durante el uso previsto de la conexión 10 eléctrica, sin romperse ni agrietarse. Por lo tanto, se puede garantizar una estanqueidad al aire de alto grado y de larga duración de la conexión 10 eléctrica.

Resumiendo, la presente invención tiene en particular las siguientes ventajas:

- Cuando el casquillo 12 se suelda a una camisa o carcasa 100, la capa 18 aislante no se romperá ni se agrietará debido a los diferentes valores de contracción térmica del material del casquillo 12 y del material de la capa 18 aislante. Se logra un alto nivel de características de aislamiento eléctrico y de estanqueidad al aire de la conexión 10 eléctrica. La resistencia de aislamiento es superior a 10 Mü a una tensión de 500 V CC, pudiendo incluso alcanzar valores de hasta un par de Gü.

- Durante el uso de la conexión 10 eléctrica, la temperatura puede variar entre la temperatura ambiente (hasta -40 °C) cuando el motor de combustión y el convertidor 104 catalítico se han apagado y enfriado y hasta alrededor de 1000 °C cuando el motor de combustión y el convertidor 104 catalítico están en funcionamiento (dando como resultado un cambio de temperatura por encima de 1.000°K). La conexión 10 eléctrica puede resistir estas grandes fluctuaciones de temperatura sin afectar negativamente las características y propiedades físicas, mecánicas, eléctricas y térmicas de la conexión 10 eléctrica.

- La conexión 10 eléctrica es capaz de hacer frente a valores muy altos de fuerza y par que se le aplican. En particular, la interconexión mecánica entre el conductor 16 eléctrico y la capa 18 aislante y/o entre la capa 18 aislante y el casquillo 12 no se aflojará ni romperá debido a los grandes valores de fuerza y/o par que actúan sobre la conexión 10 eléctrica. La conexión 10 eléctrica puede soportar un par de rotura por encima de 15 Nm, preferiblemente por encima de 16 Nm, particularmente preferido por encima de 17 Nm, en particular alrededor de 20 Nm.

- El efecto de sellado de la conexión 10 eléctrica es particularmente alto debido a la interconexión mecánica mejorada de la capa 18 aislante hacia el conductor 16 eléctrico y/o el casquillo 12. Se permite una pequeña cantidad de fuga de gas o fluido (por ejemplo, gases de escape) del interior de la camisa o carcasa 100 al medio ambiente a través de la conexión 10 eléctrica. La invención reduce significativamente la cantidad de fugas. La conexión 10 eléctrica logra un valor de fuga inferior a 20 ml/min a una presión de 0,3 bar.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. - Un proceso de fabricación de una conexión (10) eléctrica de un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna, que comprende

- un casquillo (12) que tiene un eje (14) geométrico central,

- un conductor (16) eléctrico que atraviesa dicho casquillo (12) a lo largo del eje (14) geométrico central, y

- una capa (18) aislante que aísla eléctricamente dicho casquillo (12) de dicho conductor (16),

caracterizado por que

toda la capa (18) aislante es de un material de menor dureza que el material del que está hecho el casquillo (12), y por que

el casquillo (12), la capa (18) aislante y el conductor (16) eléctrico se disponen coaxialmente con respecto al eje (14) geométrico central y a continuación, se prensan juntos por transformación mecánica en frío,

en donde la presión actúa sobre una superficie circunferencial externa del casquillo (12) de la conexión (10) eléctrica y está dirigida en dirección radial hacia el interior del eje (14) geométrico central.

2. - El proceso según la reivindicación 1, en donde

el casquillo (12), la capa (18) aislante y el conductor (16) eléctrico se presionan juntos durante un proceso de forja rotativa.

3. - Una conexión (10) eléctrica de un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna, que comprende

- un casquillo (12) que tiene un eje (14) geométrico central,

- un conductor (16) eléctrico que atraviesa dicho casquillo (12) a lo largo del eje (14) geométrico central, y

- una capa (18) aislante que aísla eléctricamente dicho casquillo (18) de dicho conductor (16),

caracterizado por que

la conexión (10) eléctrica se fabrica en un proceso según la reivindicación 1 o 2.

4. - La conexión (10) eléctrica según la reivindicación 3, en donde

el conductor (16) eléctrico tiene una superficie (16b) circunferencial externa con al menos una rugosidad media aritmética de al menos Ra = 1 gm, protuberancias y rebajes (20; 20a, 20b) en al menos parte (16a) de una superficie (16b) circunferencial externa del conductor (16) eléctrico, que está cubierta por la capa (18) aislante.

5. - La conexión (10) eléctrica según la reivindicación 4, en donde

al menos uno de las protuberancias y rebajes (20; 20a, 20b) tiene al menos una extensión circunferencial y una extensión axial.

6. - La conexión (10) eléctrica según las reivindicaciones 4 o 5, en donde

las protuberancias o rebajes (20; 20a, 20b) son parte de una superficie (16a) circunferencial externa nervada del conductor (16) eléctrico con una pluralidad de ranuras (20a, 20b).

7. - La conexión (10) eléctrica según una de las reivindicaciones 3 a 6, en donde

la capa (18) aislante está hecha de un material que tiene una dureza menor que el material del que está hecho el conductor (16) eléctrico.

8. - La conexión (10) eléctrica según una de las reivindicaciones 3 a 7, en donde

el casquillo (12) tiene una superficie (12a) circunferencial interna con al menos una de entre una rugosidad media aritmética de al menos Ra = 1 gm, protuberancias y rebajes (26) en al menos parte de una superficie (12a) circunferencial interna del casquillo (12), que cubre la capa (18) aislante.

9. - La conexión (10) eléctrica según la reivindicación 8, en donde

al menos una de las protuberancias y rebajes (26) tiene al menos una extensión circunferencial y una extensión axial.

10. - La conexión (10) eléctrica según las reivindicaciones 8 o 9, en donde

el casquillo (12) tiene rebajes (26) en forma de ranuras axiales separadas entre sí en una dirección circunferencial.

11. - La conexión (10) eléctrica según la reivindicación 10, en donde

las ranuras (26) axiales se extienden en parte de la superficie (12a) circunferencial interna del casquillo (12), comenzando en una superficie (12c) de extremidad del casquillo (12) y terminando a una distancia de una superficie (12d) de extremidad opuesta del casquillo (12).

12. - La conexión (10) eléctrica según una de las reivindicaciones 3 a 11, en donde

al menos uno de entre el casquillo (12) y el conductor (16) eléctrico está hecho de acero inoxidable, en particular de una aleación de níquel-cromo-hierro.

13. - La conexión (10) eléctrica según una de las reivindicaciones 3 a 12, en donde

la capa (18) aislante está hecha de un material que comprende al menos un 50% de un mineral de filosilicato.

14. - Un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna que comprende una camisa (100) con al menos una abertura (106) y una conexión (10) eléctrica, comprendiendo la conexión (10) eléctrica un casquillo (12) que tiene un eje ( 14) geométrico central, un conductor (16) eléctrico que atraviesa dicho casquillo (12) a lo largo del eje (14) geométrico central, y una capa (18) aislante que aísla eléctricamente dicho casquillo (18) de dicho conductor (16), la conexión (10) eléctrica introducido en la camisa (100) a través de la abertura (106) y unido de forma fija a la camisa (100), caracterizado por que

el sistema de gases de escape comprende una conexión (10) eléctrica según una de las reivindicaciones 3 a 13.

15. - El sistema de gases de escape según la reivindicación 14, en donde

el conductor (16) eléctrico de la conexión (10) eléctrica introducido en la camisa (100) a través de la abertura (106) y unido de forma fija a la camisa (100) está conectado eléctricamente a un componente (102) eléctrico ubicado en el interior de la camisa (100).

16. - El sistema de gases de escape según la reivindicación 14 ó 15, en donde

el sistema de gases de escape comprende un convertidor (104) catalítico, siendo la camisa (100) parte del convertidor (104) catalítico y alojando un componente (102) eléctrico en forma de rejilla o cuerpo de panal que se puede calentar eléctricamente,

el conductor (16) eléctrico de la conexión (10) eléctrica introducido en la camisa (100) a través de la abertura (106) y unido de forma fija a la camisa (100) está conectado eléctricamente a la rejilla o cuerpo de panal en el interior de la camisa (100).