JP7485743B2 - 接続ピン - Google Patents

Description

本発明は、例えば内燃機関の排ガス装置の排ガスヒータの加熱導体を電気的に接触接続させるための接続ユニット内で、排ガス案内構成要素内に配置されていて、排ガス案内構成要素内で案内される内燃機関の排ガス流により周流可能な排ガスヒータを電気的に接触接続させるために使用される接続ピンに関する。

内燃機関の排ガス装置に関連して使用される接続ユニットは、一般に一体型に構成された接続ピンを有する。接続ピンは、電気絶縁されてピン支持体に支持され、このピン支持体を介して、排ガス案内構成要素、例えば排ガス管または排ガスを案内するハウジングに支持されている。接続ピンの内側の接続領域は、排ガス案内構成要素の内部容積内に突出していて、この内側の接続領域でこのような排ガスヒータの加熱導体の加熱導体接続領域に、例えばろう接によって導電接続されている。接続ピンの、排ガス案内構成要素の外側に位置する外側の接続領域は、ケーブルまたはこれに類するものを介して、電圧源に接続されてよい。

内燃機関の運転中、排ガス装置の種々異なる構成要素は、内部を流動する排ガスによって加熱される。排ガスヒータの運転も、加熱流を案内する種々異なる構成要素に加えて、特に排ガスヒータの加熱導体との電気的な接続のために使用される接続ユニットもしくは接続ユニットの接続ピンの加熱をもたらす。これにより、外側の接続領域においてこのような接続ピンに接続されたケーブルも加熱される。ケーブルは、一般に、導電性のコアと、このコアを取り囲む電気絶縁性の材料、例えばプラスチック材料から成るシースとを有する。ケーブルが過度に強く加熱されると、シースの損傷、極端な場合にはシースの発火を招いてしまう。

本発明の課題は、特に内燃機関の排ガス装置の排ガスヒータの加熱導体を電気的に接触接続させるための接続ユニット用の接続ピンを改良して、この接続ピンに接触している構成要素の過度な熱負荷が回避されるようにすることである。

本発明によれば、この課題は、特に内燃機関の排ガス装置の排ガスヒータの加熱導体を電気的に接触接続させるための接続ユニット用の接続ピンであって、ピン本体長手方向軸線の方向に長く延ばされたピン本体を有し、ピン本体が、
－ 電圧供給線路を接続ピンに接続するための外側の接続領域と、
－ 冷却領域と、
－ 接続ユニットに設けられたピン支持体を通してピン本体を電気絶縁して貫通案内するための貫通案内領域と、
－ 接続ピンを排ガスヒータの加熱導体に接続するための内側の接続領域と
を備え、
冷却領域に冷却面形成部が設けられている、
接続ピンによって解決される。

冷却面形成部を設けることにより、接続ピンに拡大された表面が提供され、接続ピンに吸収された熱もしくは接続ピンで発生した熱を、この表面を介して、周囲に放出することができる。したがって、例えばこのような接続ピンに接続されたケーブルの過熱を阻止することができる。

このような冷却面形成部を、接続ピンの構造に左右されずに最適に構成することができるようにするために、冷却面形成部の少なくとも一部が、ピン本体の冷却領域に固定された冷却要素に形成されていることが提案される。

冷却要素とピン本体との、簡単に実現できるにもかかわらず安定した結合は、例えば、冷却要素が、プレス嵌めおよび／または材料接続によって冷却領域に固定されていることによって得られる。

例えば、冷却要素が、冷却領域を取り囲む環状の冷却要素本体と、この冷却要素本体から半径方向外向きに延びる複数の冷却リブとを有することによって、熱を放出するために利用できる大きな表面積を提供することができる。

例えば、冷却面形成部は、ピン本体長手方向軸線の方向で互いに間隔を置いて連続する、ピン本体長手方向軸線を環状に取り囲む複数の冷却リブを有してよい。代替的または付加的に、冷却面形成部は、ピン本体長手方向軸線を中心とする周方向で互いに間隔を置いて連続する、好ましくは実質的にピン本体長手方向軸線の方向に延びる複数の冷却リブを有してよい。

熱放出のために利用可能な表面積をさらに拡大するために、少なくとも１つの、好ましくは各々の冷却リブにおいて、リブ厚さが、半径方向外側に向かう方向で増大していてよい。

冷却領域が、貫通案内領域に向かう方向で半径方向に拡張されるように形成されていると、冷却要素に設けられた冷却面形成部を提供する際に、この半径方向に拡張される冷却領域に、冷却要素の冷却要素本体を押し被せることができる。

更なる構成では、冷却面形成部の少なくとも一部が、冷却領域の一体の部分として形成されていてよい。

この冷却領域に一体化された冷却面形成部の構造を得るために、冷却面形成部が、冷却領域に、少なくとも１つの溝状の凹設部、好ましくは、互いに相互間隔を置いて配置された複数の溝状の凹設部を有することが提案される。

例えば、少なくとも１つの溝状の凹設部は、ピン本体長手方向軸線を好ましくは完全に取り囲むように形成されていてよく、かつ／または少なくとも１つの溝状の凹設部は、好ましくは実質的にピン本体長手方向軸線の方向に延びるように形成されていてよい。

冷却面形成部によって、特に、接続ピンを電気絶縁してピン支持体に支持する、例えばセラミック絶縁材料のための遮蔽作用をも得るために、冷却領域が、ピン本体長手方向軸線の方向で見て、外側の接続領域と貫通案内領域との間に配置されていることが提案される。

本発明は、さらに、内燃機関の排ガス装置の排ガスヒータの加熱導体を電気的に接触接続させるための接続ユニットであって、電気絶縁されてピン支持体に支持された、本発明により形成された接続ピンを有する、接続ユニットに関する。

接続ピンは、好ましくはセラミック絶縁材料によってピン支持体に支持されていてよい。

さらに、本発明は、内燃機関用の排ガス装置であって、少なくとも１つの加熱導体接続領域、好ましくは２つの加熱導体接続領域を備える加熱導体を備えて排ガス案内構成要素内に配置された排ガスヒータを有し、少なくとも１つの加熱導体接続領域、好ましくは各々の加熱導体接続領域に割り当てられるように、本発明により構成された接続ユニットが設けられており、接続ユニットのピン支持体が、排ガス案内構成要素に固定されており、接続ユニットの接続ピンが、排ガス案内構成要素に設けられた開口を貫通していて、接続ピンの内側の接続領域で加熱導体の加熱導体接続領域に導電接続されている、排ガス装置に関する。

以下に、本発明を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

排ガスヒータおよび排ガスヒータの加熱導体に割り当てられた接続ユニットを備える、内燃機関用の排ガス装置の一部分を示す斜視図である。 図１に示した排ガス装置の一部分を示す部分縦断面図である。 接続ユニットの代替的な構成形態を示す、図２に相応する部分縦断面図である。 接続ユニットの別の代替的な構成形態を示す斜視図である。 接続ユニットの別の代替的な構成形態を示す斜視図である。

図１および図２は、全体を符号１０で示した、自動車用の内燃機関の排ガス装置の一部分を示す。排ガス装置１０は、管状に形成された排ガス案内構成要素１２を有し、この排ガス案内構成要素１２の内部容積内に、内燃機関から放出された排ガス流が案内されている。排ガス案内構成要素１２内に、（部分的にしか図示されていない）排ガスヒータ１４が配置されている。排ガスヒータ１４は、図示された構成例では平形材料で形成された、２つの加熱導体接続領域１８，２０を備える加熱導体１６を有する。例えば複数の部分から構成された加熱導体１６は、加熱導体接続領域１８，２０の各々において、例えば互いに同一構造の接続ユニット２２，２４を介して、電圧源に通じる電圧供給線路として使用されるケーブル２６，２８に導電的に接続されている。

好ましくは互いに同一構造の両接続ユニット２２，２４の各々が、例えば金属材料で形成されたピン支持体３０を有する。ピン支持体３０は、気密の接続部を形成するために、排ガス案内構成要素１２に設けられた貫通把持開口３２の領域で、排ガス案内構成要素１２の外表面に例えば溶接またはろう接によって固定されている。このピン支持体３０に、全体を符号３６で示した接続ピンが、電気絶縁性の材料３４、例えばセラミック材料によってピン支持体３０に対して電気絶縁されて支持されている。接続ピン３６は、例えば一体型に形成されているかまたは場合によっては複数部分から構成されているピン本体３８を有する。ピン本体３８は、ピン本体長手方向軸線Ｌの方向に長く延ばされている。ピン本体３８の、ピン支持体３０を貫通する貫通案内領域４０は、電気絶縁性の材料３４を介してピン支持体３０に支持されている。付言しておくと、図２に示した構成では、例えば貫通案内領域４０は電気絶縁性の材料に埋め込まれていてよく、それによってピン支持体３０に固定されていてよい。貫通案内領域４０が、ピン支持体３０に対して、ピン支持体３０内に挿入された電気絶縁性の材料から成るディスク状の要素および予荷重要素またはこれに類するものを介してピン支持体３０に支持されている別の構成も考えられる。

ピン本体３８もしくは接続ピン３６の、排ガス案内構成要素１２の内部に延びる内側の接続領域４２は、加熱導体接続領域１８，２０のうちの一方、図２に示した接続ユニット２２の例では加熱導体接続領域１８に、例えばろう接または溶接によって、機械的に安定してかつ導電的に接続されている。

ピン本体３８もしくは接続ピン３６の、ピン本体３８の内側の接続領域４２とは反対側もしくは他方の軸線方向端部に位置する外側の接続領域４４は、図２により詳細に示した接続ユニット２２の場合、ケーブル２６に接続されている。ケーブル２６は、例えば銅材料または別の導電性の材料で形成されたコア４６と、このコア４６を取り囲む電気絶縁性の材料、例えばプラスチック材料から成るシース４８とを有する。接続ピン３６に接続するために、ケーブル２６は接続要素５０を有する。接続要素５０は、シース４８をクランプ状に取り囲むように把持することによって、シース４８に固定に接続されている。コア４６の、シース４８を越えて突出した端領域は、例えば緊締および／またはろう接によって、接続要素５０に導電接続されている。接続要素５０は、スリーブ状の接続領域５２をさらに有する。この接続領域５２は、ピン本体長手方向軸線Ｌの方向でピン本体３８の外側の接続領域４４に押し被せられていて、これによって、この外側の接続領域４４に導電的にかつ機械的に安定して接続されている。このためには、ピン本体３８の、少なくとも外側の接続領域４４を提供する長手方向区分が、内側の接続領域４２に向かう方向で半径方向に拡張されるように、例えば円錐状に形成されていてよく、このようにすれば、接続要素５０を押し被せることによって、安定した接続が得られる。代替的または付加的に、接続領域５２を、固定機構、例えば外側の接続領域に螺嵌されたナットまたはこれに類するものによって、かつ／または外側の接続領域４４に材料接続することによって、外側の接続領域４４に固定してもよい。

ピン本体３８もしくは接続ピン３６は、外側の接続領域４４と貫通案内領域４０との間に、全体を符号５４で示した冷却領域を有する。冷却領域５４には、全体を符号５６で示した冷却面形成部が、接続ピン３６に設けられている。冷却面形成部は、接続ピン３６を取り囲む周囲空気との熱的な相互作用のためのより大きな表面を提供する。特に、種々異なる構成で以下に記載するこのような冷却面形成部５６は、この長さ領域すなわち冷却領域５４に、単純に円筒形に形成された外表面を備えて構成された接続ピン３６よりも大きな、周囲空気との熱的な相互作用のための外表面を有する点で優れている。

図１および図２に示した構成例では、冷却面形成部５６は、ピン本体３８とは別個の、すなわち独立した構成部材として構成された冷却要素５８に提供されている。例えば金属材料で形成された冷却要素５８は、スリーブ状の冷却要素本体６０を有する。冷却要素本体６０は、好ましくは環状に閉じた構造を有し、ピン本体３８の冷却領域５４を取り囲んでいる。冷却要素５８は、プレス嵌めによってピン本体３８に固定されていてよい。このためには、例えば、ピン本体３８の冷却領域５４も、内側の接続領域４２に向かう方向で半径方向に拡張されるように、例えば円錐状に形成されていてもよい。代替的または付加的に、ピン本体３８と冷却要素本体６０との間に、例えば溶接、ろう接または接着による材料接続式の結合部を設けることもできる。形状接続、例えば螺嵌による結合も可能である。

冷却要素５８は、冷却要素本体６０もしくはピン本体長手方向軸線Ｌを環状に取り囲み、冷却要素本体６０から離れるように半径方向外向きに延びる熱伝達リブ６２を有する。ピン本体長手方向軸線Ｌの方向で連続する環状もしくはディスク状の冷却リブ６２は、相互間に環状もしくは溝状の凹設部６４を形成している。互いに間隔を置いて配置され、ピン本体長手方向軸線Ｌの方向で連続する冷却リブ６２のこの構造により、極めて大きな表面が提供される。ピン本体３８もしくは接続ピン３６では、ピン本体３８もしくは接続ピン３６を流れる電流によって発生した熱、または内側の接続領域４２の周囲を流動する排ガスによってピン本体３８もしくは接続ピン３６に伝達された熱を、この表面において、冷却要素５８を取り囲む空気に放出することができる。これによって、接続ユニット２２，２４の各々に接続されたケーブル２６，２８の過度な加熱を回避することができる。

このような接続ユニットもしくは接続ユニット用の接続ピンの代替的な構成形態が図３に示されている。図１および図２を参照して上述した構成要素に構造もしくは機能の点で相応する構成要素は、同じ符号で示されている。

図３に示した接続ユニット２２の場合、冷却面形成部５６は、ピン本体３８の冷却領域５４におけるピン本体３８の一体の構成部分を形成している。この構成形態でも、冷却面形成部５６は、ピン本体長手方向軸線Ｌを環状に取り囲む複数の冷却リブ６２を有し、冷却リブ６２は、相互間にそれぞれ形成された環状もしくは溝状の凹設部６４を備える。この構成でも、ピン本体長手方向軸線Ｌの方向で連続する複数の冷却リブ６２を提供することによって、ピン本体３８を取り囲む空気に熱を伝達することのできる比較的大きな表面が提供される。

このような接続ユニット２２の別の変化形態が図４に示されている。図４に示した接続ユニット２２の場合、冷却面形成部５６は、ピン本体３８の冷却領域５４を環状に取り囲む冷却要素本体６０を備える別個の構成部材として構成された冷却要素５８を有する。冷却要素本体６０から半径方向外向きに複数の冷却リブ６２が延びており、これによって、ピン本体長手方向軸線Ｌの方向に長く延ばされて相互間に中間スペース６４を形成する冷却リブ６２の、扇状もしくは軸線方向で見て放射状の構造が形成されている。

図４に認められるように、リブの厚さ、すなわち冷却リブ６２の周方向の寸法は、半径方向内側から半径方向外側に向かって増大している。このことにより、冷却リブ６２の半径方向外側の端領域が、比較的大きく寸法設定された端面６６を提供することになり、これらの端面６６も、周囲空気に熱を放出するために利用可能な表面積に寄与している。

ピン本体３８の冷却領域５４の一体の構成部分として提供された冷却面形成部５６を備える別の変更された構成形態が、図５に示されている。この構成形態の場合、冷却面形成部５６は、軸線方向の間隔を置いて冷却領域５４に設けられ、ピン本体長手方向軸線Ｌを好ましくは中断なしに環状に取り囲む２つの溝状の凹設部６８，７０を有する。相互により大きな軸線方向の間隔を置いて位置するこれらの溝状の凹設部６８，７０も、ピン本体３８の冷却領域５４の表面積の拡大ひいては周囲空気との熱的な相互作用の強化に寄与する。

付言しておくと、例えば図５に示された構成例の場合、このような溝状の凹設部は、ピン本体長手方向軸線Ｌの方向に延びるように形成されていてもよい。例えば、図５に破線で示されている溝状の凹設部７２で判るように、ピン本体長手方向軸線Ｌを環状に取り囲む溝状の両凹設部６８，７０の間に、軸線方向に延びる溝状の凹設部が形成されていてもよい。

周囲空気との熱的な相互作用のために利用可能な表面積を拡大する冷却面形成部を提供することによって、接続ピン３６で発生した熱または接続ピンに伝達された熱を外部に効率的に放出することが保証され、それによって、特に、このような接続ピン３６に接続されたケーブルの熱的な過負荷を防止することができる。冷却面形成部の寸法設定、すなわち例えば冷却リブまたは溝状の凹設部の数は、周囲に向かって導出すべき予測される熱量に応じて設定されてよい。このためには、冷却リブもしくは溝状の凹設部の軸線方向延在長さ、半径方向延在長さ、もしくは数も、相応に選択されてよい。基本的に、冷却リブは、半径方向内側から半径方向外向きに延びるロッド状またはピン状の突起の形態で形成されていてもよく、これらの突起が、例えばピン本体長手方向軸線を中心とする周方向で連続する環状構造で配置されていてもよいし、かつ／またはピン本体長手方向軸線の方向で連続する線状構造で配置されていてもよい。周囲への熱の放出に利用可能な表面積を拡大するこのような構造は、特に製造に起因して生じる輪郭、例えば軸アンダカット、またはピン本体を鋳造部品として製造する場合の離型傾斜部であってもよい。

種々異なる構成を互いに組み合わせることも可能である。例えば、１つまたは複数の冷却要素に、図４に示したような軸線方向に延びる冷却リブと、図２に示したような環状の冷却リブとの両方が設けられていてよい。冷却面形成部を接続ピン３６の一体の構成部分として提供する場合にも、種々異なる形態の冷却リブ、もしくはより大きな熱伝達表面の提供に役立つ構造、例えば溝状の凹設部を、このように組み合わせることができる。

Claims (19)

1. 接続ピン（３６）であって、ピン本体長手方向軸線（Ｌ）の方向に長く延ばされたピン本体（３８）を有し、該ピン本体（３８）は、
   電圧供給線路（２６，２８）を前記接続ピン（３６）に接続するための外側の接続領域（４４）と、
   冷却領域（５４）と、
   接続ユニット（２２，２４）に設けられたピン支持体（３０）を通して前記ピン本体（３８）を電気絶縁して貫通案内するための貫通案内領域（４０）と、
   前記接続ピン（３６）を排ガスヒータ（１４）の加熱導体（１６）に接続するための内側の接続領域（４２）と
   を備え、
   前記冷却領域（５４）に冷却面形成部（５６）が設けられており、
   前記冷却面形成部（５６）の少なくとも一部が、前記ピン本体（３８）の前記冷却領域（５４）に固定された冷却要素（５８）に形成されており、前記冷却領域（５４）は、前記貫通案内領域（４０）に向かう方向で半径方向に拡張されるように形成され、前記冷却要素（５８）は、プレス嵌めによって前記冷却領域（５４）に固定されている、
   接続ピン。
2. 前記冷却要素（５８）は、材料接続によって前記冷却領域（５４）に固定されていることを特徴とする、請求項１記載の接続ピン。
3. 前記冷却要素（５８）は、前記冷却領域（５４）を取り囲む環状の冷却要素本体（６０）と、該冷却要素本体（６０）から半径方向外向きに延びる複数の冷却リブ（６２）とを有することを特徴とする、請求項１または２記載の接続ピン。
4. 前記冷却面形成部（５６）は、前記ピン本体長手方向軸線（Ｌ）の方向で互いに間隔を置いて連続する、前記ピン本体長手方向軸線（Ｌ）を環状に取り囲む複数の冷却リブ（６２）を有することを特徴とする、請求項１または２記載の接続ピン。
5. 前記冷却面形成部（５６）は、前記ピン本体長手方向軸線（Ｌ）を中心とする周方向で互いに間隔を置いて連続する複数の冷却リブ（６２）を有することを特徴とする、請求項１または２記載の接続ピン。
6. 前記冷却面形成部（５６）は、前記ピン本体長手方向軸線（Ｌ）を中心とする周方向で互いに間隔を置いて連続する、実質的に前記ピン本体長手方向軸線（Ｌ）の方向に延びる複数の冷却リブ（６２）を有することを特徴とする、請求項５記載の接続ピン。
7. 少なくとも１つの冷却リブ（６２）において、リブ厚さが、半径方向外側に向かう方向で増大していることを特徴とする、請求項１または２記載の接続ピン。
8. 各々の冷却リブ（６２）において、リブ厚さが、半径方向外側に向かう方向で増大していることを特徴とする、請求項７記載の接続ピン。
9. 前記冷却面形成部（５６）の少なくとも一部が、前記冷却領域（５４）の一体の部分として形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載の接続ピン。
10. 前記冷却面形成部（５６）は、前記冷却領域（５４）に、少なくとも１つの溝状の凹設部（６８，７０）を有することを特徴とする、請求項９記載の接続ピン。
11. 前記冷却面形成部（５６）は、前記冷却領域（５４）に、互いに相互間隔を置いて配置された複数の溝状の凹設部（６８，７０，７２）を有することを特徴とする、請求項１０記載の接続ピン。
12. 少なくとも１つの溝状の凹設部（６８，７０）が、前記ピン本体長手方向軸線（Ｌ）を完全に取り囲むように形成されていることを特徴とする、請求項１０記載の接続ピン。
13. 少なくとも１つの溝状の凹設部（７２）が、実質的に前記ピン本体長手方向軸線（Ｌ）の方向に延びるように形成されていることを特徴とする、請求項１０記載の接続ピン。
14. 前記冷却領域（５４）は、前記ピン本体長手方向軸線（Ｌ）の方向において、前記外側の接続領域（４４）と前記貫通案内領域（４０）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の接続ピン。
15. 内燃機関の排ガス装置の排ガスヒータの加熱導体を電気的に接触接続させるための接続ユニットであって、電気絶縁されてピン支持体（３０）に支持された、請求項１または２記載の接続ピン（３６）を有する、接続ユニット。
16. 前記接続ピン（３６）は、絶縁材料（３４）によって前記ピン支持体（３０）に支持されていることを特徴とする、請求項１５記載の接続ユニット。
17. 前記接続ピン（３６）は、セラミック絶縁材料（３４）によって前記ピン支持体（３０）に支持されていることを特徴とする、請求項１６記載の接続ユニット。
18. 内燃機関用の排ガス装置であって、少なくとも１つの加熱導体接続領域（１８，２０）を備える加熱導体（１６）を備えて排ガス案内構成要素（１２）内に配置された排ガスヒータ（１４）を有し、少なくとも１つの加熱導体接続領域（１８，２０）に割り当てられるように、請求項１５記載の接続ユニット（２２，２４）が設けられており、該接続ユニット（２２，２４）の前記ピン支持体（３０）は、排ガス案内構成要素（１２）に固定されており、前記接続ユニット（２２，２４）の前記接続ピン（３６）は、前記排ガス案内構成要素（１２）に設けられた開口（３２）を貫通していて、前記接続ピン（３６）の内側の接続領域（４２）で前記加熱導体（１６）の加熱導体接続領域（１８，２０）に導電接続されている、排ガス装置。
19. 前記加熱導体（１６）は、２つの加熱導体接続領域（１８，２０）を備え、各々の加熱導体接続領域（１８，２０）に割り当てられるように、請求項１５記載の接続ユニット（２２，２４）が設けられていることを特徴とする、請求項１８記載の排ガス装置。