JP7165714B2

JP7165714B2 - 電気加熱装置のためのフィードスルー、そのようなフィードスルーを備える電気加熱装置、そのようなフィードスルーを備えるシステム、およびそのようなフィードスルーを製造するための方法

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Publication number: JP7165714B2
Application number: JP2020212443A
Authority: JP
Inventors: シュリップアンドレアス
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2040-12-22
Also published as: JP2022098826A

Description

本発明は、電気加熱装置のためのフィードスルー、そのようなフィードスルーを備える電気加熱装置、そのようなフィードスルーを備えるシステム、およびそのようなフィードスルーを製造するための方法に関する。

電気加熱装置はすでに、複数の用途に広く使用されている。これらの用途の多くでは、電気加熱装置を容器内に配置する必要がある。これは、電気加熱装置に電流を供給するための電気的接続が、金属製の壁面を通って、この壁面から電気的に絶縁された方法で提供されなければならないという課題を引き起こす。電気的接続は、例えば、特許文献１から分かるように、フィードスルーによって実現される。

国際公開第９６／４１３５３号

一連の用途全体、例えば、自動車産業では、このフィードスルーは、動作状態や起こりうる環境的な影響によって、異なる、小さくない負荷にさらされる。したがって、フィードスルーは、長期間における振動の影響下であっても、十分な機械的な安定性を有していなければならない。同時に、可能であれば湿気の侵入は防がれるべきであり、必要なクリープへの抵抗力は確保されなければならない。この要求の包括的な実施は、難しい技術的な問題である。これは、以前に既に厳しい要求がさらに厳しくなるので、例えば４８Ｖの、より高い車載電気システム電圧の使用に特に当てはまる。

この問題は、請求項１の特徴を有する電気加熱装置のためのフィードスルー、請求項９の特徴を有する電気加熱装置、請求項１１の特徴を有するそのようなフィードスルーを備えるシステム、および請求項１４の特徴を有するそのようなフィードスルーを製造するための方法によって解決される。発明の有利な改良は、それぞれの従属項の主題である。

電気加熱装置に電流を供給するために、金属壁を通して電気加熱装置に接続部を提供するための本発明のフィードスルーは、フィードスルーの一部であり接続導体によって形成された接続部を有し、接続導体は、電気絶縁材料によって、少なくとも一部分が金属製の、フィードスルーの外側シースから電気的に絶縁されており、電気的接続を作るために、その接続部は、少なくとも１つの露出した接続導体セクションを有する。接続導体は、例えば、接続ワイヤまたは接続ピンであり得て、それにより、加熱装置への電気的接続が、電気加熱装置が配置された金属壁の側に最初に生成される。しかしながら、それはまた、電気加熱装置の外に案内される接続ワイヤまたは接続ピンであり得るので、フィードスルーと電気加熱装置とは、最初から密着したシステムを形成する。

本発明にとって、外側シースが導体の長手方向において互いに電気的に絶縁される複数のシースセクションを有することは必須である。ある実施形態では、それはまたこれらの外側シースセクションから作られ得る。

特に、切り欠きによって複数のチューブセグメントに分けられたジャケットチューブは、そのような、導体の長手方向において互いに電気的に絶縁される複数の外側シースセクションを有する外側シースを形成できる。

この手段を通じて、クリープへの抵抗力の著しい増加は、空隙とクリープ距離または一般的に絶縁距離の増加によって達成され、同時に、フィードスルーの構造的な健全性がそのほとんど全長にわたって保証される。

特に好ましい方法では、そのような外側シースは、リング状の切り欠きを有する金属製のスリーブによって簡単に実現され得る。これらのリング状の切り欠きは、特に、特に電気絶縁材料、特に電気絶縁パテが、２つの隣り合う外側シースセクションの間の、少なくとも１つの領域に配置される際に有用なアンダーカットを有し得て、この領域は、好ましくはこの材料で埋められる。この方法は、接続導体とフィードスルーの外側シースとの間に配置されて、特に湿度が高く濡れている環境でのフィードスルーの使用における利点にしばしば関連する電気絶縁材料の健全性を守るのに大きく貢献し得る。しかしながら、外側シースセクション間の電気的な絶縁は、多くの場合、外側シースセクション間の電気絶縁材料と相互作用する空隙によって基本的に既に確実に保証されていることにも注意されるべきである。

導体の長手方向において互いに電気的に絶縁された外側シースセクションの１つが金属壁に接続される、好ましくは、はんだ付けされるかまたは溶接されて、金属壁を通して電気的接続がフィードスルーに提供される場合、それを介してフィードスルーが提供される、外側および金属壁に対する容器またはチューブの液密性が保証され、動作中に振動にさらされるシステムにおいても、強固で長期間安定した接続が保証され得る。

接続導体を、少なくとも一部分が金属製の、フィードスルーの外側シースから電気的に絶縁する電気絶縁材料が、圧縮された酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素またはこれらの混合物である場合、特に好ましい。電気絶縁材料は、しかしながら、セラミックの成形部品またはプレス部品として構成され得る。

フィードスルーが湿気にさらされ得る用途と関連して、接続導体を、少なくとも一部分が金属製の、フィードスルーの外側シースから電気的に絶縁する電気絶縁材料の少なくとも一部分、特に、例えば、フィードスルーの端面の領域および／または異なるセクションの外側シース間の電気的な絶縁が生じる領域のように、外側シースによって覆われていない部分が、撥水性を有する場合の利点を証明した。これは、特に、電気絶縁材料は、撥水性を有する部分では、シール剤が染み込んでいるまたはシール剤で密封されていることで、達成され得る。

本発明の電気加熱装置は、本発明のフィードスルーによって特定され、また、特に、上記の方法の１つによって改良され得る。
本発明のシステムは、本発明のフィードスルーを有し、また、特に、上記の方法の１つによって改良され得る。システムの別の必須の部分は、フィードスルーが挿通されるとともに、フィードスルーが接続される、特に溶接またははんだ付けされた、金属壁である。

多くの場合、金属壁が容器またはチューブの壁であり、接続部が、容器またはチューブの内部に配置される電気加熱装置に、電気的に導通するように接続されるシステムが特に好ましい。電気加熱装置は、特に、加熱カートリッジ、管状の発熱体、またはコイル状チューブカートリッジであり得るが、また、直接動力を与えられる構造、特に、金属またはハニカム構造であり得る。切り欠きを備えるフィードスルーは、しかしながらまた、加熱カートリッジに結合された部分であり得て、特に、加熱カートリッジに関連する非加熱領域の一部であり得る。

本発明のフィードスルーを製造するための本発明の方法は、特に、以下のステップを含む。
電気加熱装置に電流を供給するために、金属壁を通して電気加熱装置に接続部を提供するためのフィードスルーを準備することであって、接続部は、フィードスルーの一部であり接続導体によって形成され、接続導体は、電気絶縁材料を接続部の長手方向において電気絶縁材料の全範囲にわたって半径方向に取り囲む、金属製のフィードスルーの外側シースから、電気絶縁材料によって完全に電気的に絶縁されている、フィードスルーを準備すること、および、
外側シースを、フィードスルー方向において互いに電気的に絶縁された複数の外側シースセクションに分割すること。

この手順では、特に、フィードスルーをともに形成する接続導体、電気絶縁材料、および外側シースは、圧縮された棒材として準備されることが可能である。
外側シースの、フィードスルー方向において互いに電気的に絶縁された複数の外側シースセクションへの分割は、金属切削加工によって実現される。

一連の用途のための方法の１つの有利な改良では、フィードスルー方向において互いに電気的に絶縁された、少なくとも２つの外側シースセクション間の中間空間は、電気絶縁材料、特に電気絶縁パテで埋められる。このようにすると、接続導体をフィードスルーから絶縁する、相対的に敏感な電気絶縁材料も、機械的影響に関して、これらの領域において保護され得て、フィードスルーの、使用環境での湿気への敏感さも低減され得る。

露出した接続導体セクションも、金属切削加工によって形成される場合、特に好ましい。特に、それは例えばねじによって構成され得る。この場合、露出した接続導体セクションも、金属切削加工によって形成されていることは、有利であるとみなされる。

電気絶縁材料は、外側シース内に配置されていない少なくとも１つの部分において、シール剤が染み込んでいるまたはシール剤で密封され、それによって、このように製造されるフィードスルーの敏感さのさらなる低減が達成され得る。

本発明は、実施形態を示す図を参照して、以下でより詳細に説明される。

フィードスルーの第１の実施形態の一部を開いた図。フィードスルーの第２の実施形態の一部を開いた図。フィードスルーの第３の実施形態の一部を開いた図。図３の細部の拡大図。

図１は、図示されていない電気加熱装置に電流を供給するために、金属壁を通して電気加熱装置に接続部を提供するためのフィードスルー１０を示す。接続部はフィードスルー１０に強固に接続されるため、フィードスルーの必須の部分であり、その構成要素は、特に、フィードスルー１０の構成要素でもある。

接続部は、図１の実施形態において、電気絶縁材料１２によって、例えば、セラミック成形部品、または、圧縮された酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、またはこれらの成分を含む混合物によって、少なくとも一部分が金属製の、フィードスルーの外側シース１３から電気的に絶縁された、接続導体１１によって形成される。接続部、そしてしたがってフィードスルー１０は、２つの露出した接続導体セクション１１ａ，１１ｂを有し、ここでは、例として、ねじが金属切削加工によって接続導体セクション１１ａに切り込まれるため、ここに示されていない、対応するように形成されたコネクタをねじ込むことにより、電気接続が可能になる。この例では、図示されていない電気加熱装置の電気接続のために設計された、接続導体セクション１１ｂの電気接続は、例えば、圧着、はんだ付け、または溶接によって実現され得て、原則的に、もちろん、プラグイン接続も可能である。

そのような種類の既知のフィードスルーと比較して、図１に示されるフィードスルーの１つの特別な特徴は、外側シース１３が、接続導体１１の長手方向、すなわち、電流が、接続導体１１を設計されたように流れる方向において、互いに電気的に絶縁された、複数の外側シースセクション１３ａ，１３ｂを有することである。複数の外側シースセクション１３ａ，１３ｂは、環状の切り欠き１３ｃまたはその切り欠きによって実現された空隙により、互いに電気的に絶縁される。この実施形態では、外側シースは、これらの外側シースセクションからさえ作られる。

このようにすると、フィードスルーのクリープへの抵抗力は改善され、「むき出しの」電気絶縁材料１２が、外側シース１３上に突出するという解決策に対して、かなり良い機械的な安定性および湿気への敏感さの低減が達成される。

図２に示されたフィードスルー２０は、電気絶縁材料２２によって金属製の外側シース２３から電気的に絶縁された接続導体２１を有する。上で説明され、図１に示されたフィードスルー１０との第１の本質的な違いは、露出した接続導体セクション２１ａ，２１ｂが、異なるように構成されている、すなわち、接続導体セクション２１ａが端側から切り込まれためねじで構成され、接続導体セクション２１ｂが、端側で先細りになるプラグインコネクタのピンの形状に構成されていることである。これは、接続部またはフィードスルーへの電気的接続の実際の形成のための、多くの自由度のいくつかを示している。

第２の本質的な違いは、外側シース２３が、互いに電気的に絶縁された、すなわち、接続導体２１の長手方向において、環状の切り欠き２３ｄ，２３ｅおよび／またはこれらの切り欠きによって実現された空隙によって、互いに電気的に絶縁された、３つの外側シースセクション２３ａ，２３ｂ，２３ｃを有することである。このようにすると、機械的な安定性の大きな損失および湿気への抵抗力の大きな損失なしに、比較的大きなセクションも実現され得る。

図３に示されるとともに図４の関連する切り欠きの拡大図に示されたフィードスルー３０は、接続導体セクション２１ａ，２１ｂを備える接続導体２１、および電気絶縁材料２２に関しては、図１のフィードスルー１０と同一であるが、外側シース３３の形状に関して違いを有する。図１と同じように、図４の細部Ｚの拡大図に特によく見られるように、これは実際に環状の切り欠き３３ｃによって、２つの金属製の外側シースセクション３３ａ，３３ｂに分けられるが、環状の切り欠き３３ｃはアンダーカットを有し、電気絶縁材料３６、例えば、セラミックパテで埋められる。このようにすると、機械的な安定性および湿気への抵抗力が著しく増加され得る。

１０，２０，３０フィードスルー
１１，２１，３１接続導体
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ接続導体セクション
１２，２２，３２電気絶縁材料
１３，２３，３３外側シース
１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ外側シースセクション
１３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，３３ｃ切り欠き
３６電気絶縁材料
Ｚ細部

Claims

電気加熱装置に電流を供給するために、金属壁を通して電気加熱装置に接続部を提供するためのフィードスルー（１０，２０，３０）であって、前記接続部はフィードスルー（１０，２０，３０）の一部であり接続導体（１１，２１，３１）によって形成され、前記接続導体は、電気絶縁材料（１２，２２，３２）によって、少なくとも一部分が金属製の、フィードスルーの外側シース（１３，２３，３３）から電気的に絶縁されており、前記接続部は、少なくとも１つの露出した接続導体セクション（１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ）を備え、
前記外側シース（１３，２３，３３）が前記接続導体（１１，２１，３１）の長手方向において、互いに電気的に絶縁される複数の外側シースセクション（１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ）を備えることを特徴とする、フィードスルー。
前記外側シース（１３，２３，３３）が、環状の切り欠き（１３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，３３ｃ）を有する、金属製のスリーブを備えることを特徴とする、請求項１に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）。
前記環状の切り欠き（１３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，３３ｃ）が、アンダーカットを備えることを特徴とする、請求項２に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）。
電気絶縁材料（３６）が、２つの隣り合う外側シースセクション（１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ）の間の領域の少なくとも１つに配置されることを特徴とする、請求項２または３に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）。
前記接続導体（１１，２１，３１）の長手方向において互いに電気的に絶縁された前記外側シースセクション（１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ）のうちの１つが、前記金属壁に接続される、好ましくは、はんだ付けされるまたは溶接され、前記金属壁を通して電気的接続が前記フィードスルー（１０，２０，３０）に案内されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）。
前記接続導体（１１，２１，３１）を、少なくとも一部分が金属製の、前記フィードスルー（１０，２０，３０）の前記外側シース（１３，２３，３３）から電気的に絶縁する前記電気絶縁材料（１２，２２，３２）が、圧縮された酸化マグネシウム、圧縮された酸化アルミニウム、圧縮された窒化ホウ素、圧縮されたそれらの混合物、セラミック成形部品、またはプレス部品であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）。
前記接続導体（１１，２１，３１）を、少なくとも一部分が金属製の、前記フィードスルー（１０，２０，３０）の前記外側シース（１３，２３，３３）から電気的に絶縁する前記電気絶縁材料（１２，２２，３２）が、少なくとも一部分において、撥水性を有することを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）。
前記電気絶縁材料（１２，２２，３２）は、撥水性を有する部分では、シール剤が染み込んでいるまたはシール剤で密封されていることを特徴とする、請求項７に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）。
請求項１～８のいずれか一項に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）を備える、電気加熱装置。
前記フィードスルー（１０，２０，３０）の前記接続導体（１１，２１，３１）が、前記電気加熱装置が有するハニカム構造にはんだ付けされるかまたは溶接され、それにより前記ハニカム構造が、前記フィードスルー（１０，２０，３０）の前記外側シース（１３，２３，３３）から絶縁された、前記フィードスルー（１０，２０，３０）の前記接続導体（１１，２１，３１）に取り付けられることを特徴とする、請求項９に記載の電気加熱装置。
請求項１～１０のいずれか一項に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）と、前記フィードスルー（１０，２０，３０）が挿通されるとともに、前記フィードスルー（１０，２０，３０）が接続される、金属壁と、からなるシステム。
前記金属壁が容器またはチューブの壁であり、前記接続部が、容器またはチューブの内部に配置される電気加熱装置に、電気的に導通するように接続されることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
前記フィードスルー（１０，２０，３０）の前記接続導体（１１，２１，３１）が、前記電気加熱装置が有するハニカム構造にはんだ付けされるかまたは溶接され、それにより前記ハニカム構造が、前記フィードスルー（１０，２０，３０）の前記外側シース（１３，２３，３３）から絶縁された、前記フィードスルー（１０，２０，３０）の前記接続導体（１１，２１，３１）に取り付けられることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
請求項１～８のいずれか一項に記載のフィードスルー（１０，２０，３０）を製造するための方法であって、
電気加熱装置に電流を供給するために、金属壁を通して電気加熱装置に接続部を提供するためのフィードスルー（１０，２０，３０）を準備するステップであって、前記接続部は、フィードスルー（１０，２０，３０）の一部であり接続導体（１１，２１，３１）によって形成され、前記接続導体は、電気絶縁材料（１２，２２，３２）をその全範囲にわたって半径方向に取り囲む、金属製のフィードスルーの外側シース（１３，２３，３３）から、前記接続部の長手方向において、電気絶縁材料（１２，２２，３２）によって完全に電気的に絶縁されている、フィードスルーを準備するステップ、および、
外側シース（１３，２３，３３）を、フィードスルー方向において互いに電気的に絶縁された複数の外側シースセクション（１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ）に分割するステップ、
を備える方法。
前記フィードスルー（１０，２０，３０）をともに形成する前記接続部、前記電気絶縁材料（１２，２２，３２）、および前記外側シース（１３，２３，３３）は、圧縮された棒材として準備されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
前記外側シース（１３，２３，３３）を、前記フィードスルー方向において互いに電気的に絶縁された複数の前記外側シースセクション（１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ）に分割することが、金属切削加工によって実現されることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の方法。
前記フィードスルー方向において互いに電気的に絶縁された、少なくとも２つの外側シースセクション（１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ）間の中間空間が、電気絶縁材料（３６）で埋められることを特徴とする、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の方法。
露出した接続導体セクション（１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ）が、金属切削加工によって形成されることを特徴とする、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の方法。
露出した接続導体セクション（１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ）が、金属切削加工によって構成されることを特徴とする、請求項１４～１８のいずれか一項に記載の方法。
前記電気絶縁材料（１２，２２，３２）は、前記外側シース（１３，２３，３３）内に配置されていない少なくとも１つの部分において、シール剤が染み込んでいるまたはシール剤で密封されることを特徴とする、請求項１４～１８のいずれか一項に記載の方法。