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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung zur Kontaktierung eines in einem Gehäuse angeordneten Heizleiters durch ein Gehäuse hindurch, mit einem Innenleiter, mit einem Außenleiter und mit einem elektrischen Isolator, wobei der Innenleiter zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung von dem Isolator vollständig umschlossen ist und der Isolator und der Innenleiter in dem als Hülse ausgebildeten Außenleiter aufgenommen sind, wobei die elektrische Durchführung einen nach innen in das Gehäuse gerichteten und einen nach außen gerichteten Endbereich aufweist.
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Stand der Technik
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Zur schnelleren Aufheizung von Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung, insbesondere in Abgassträngen von Verbrennungskraftmaschinen, werden Heizelemente eingesetzt. Diese erwärmen sowohl das strömende Abgas als auch die benachbart angeordneten Strukturen, wie beispielsweise die Wabenkörper, welche die Katalysatoren bilden, oder Verdampfungselemente. Bevorzugt findet eine Aufheizung unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes statt, wodurch ein elektrischer Strom in einer leitfähigen Struktur in Wärme umgewandelt wird. Heizelemente dieser Art sind im Stand der Technik in vielfältiger Weise bekannt. Hierzu zählen beispielsweise metallische Wabenkörper, welche innerhalb eines Gehäuses angeordnet und von einem Abgas durchströmbar sind. Die Wabenkörper werden mittels einer elektrischen Durchführung, welche das Gehäuse durchzieht, mit einer Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden.
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Insbesondere die elektrische Kontaktierung außerhalb des Gehäuses des Heizelementes ist aufgrund ihrer Positionierung am Unterboden eines Kraftfahrzeugs oder in direkter Motornähe besonders starken äußeren Einflüssen ausgesetzt. Typischerweise werden solche elektrischen Kontaktierungen im Betrieb mit Staub, Schmutz, Wasser, korrosiven Medien, wie beispielsweise Salzwasser, beaufschlagt, was dauerhaft zu einer Beschädigung der elektrischen Kontaktierung führen kann. Insbesondere kann es zu einem Eintrag von Feuchtigkeit in den Kontaktbereich zwischen dem Innenleiter, dem Isolator und dem Außenleiter kommen, wodurch im schlimmsten Fall der regelmäßig aus einer Oxidkeramik gebildete Isolator zerstört wird und so die Isolationswirkung beeinträchtigt wird.
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Besonders nachteilig an dem im Stand der Technik bekannten Ausführungsformen ist, dass aufgrund der hohen Temperaturen und des sehr begrenzten Baumraumes der Einsatz von Gummidichtungen nicht möglich ist. Die Temperaturen direkt an der abgasführenden Leitung sind zu hoch und das Vorsehen einer besonders langen elektrischen Durchführung, um Abstand zu den heißen Bereichen zu bekommen, ist aufgrund der Baumraumrestriktionen nicht möglich.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Durchführung zu schaffen, welche eine ausreichende Absicherung der Kontaktstelle zwischen Innenleiter, Isolator und Außenleiter aufweist, wobei die Absicherung temperaturstabil und unempfindlich gegen den Kontakt mit flüssigen Medien sein soll.
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Die Aufgabe hinsichtlich der elektrischen Durchführung wird durch eine elektrische Durchführung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung zur Kontaktierung eines in einem Gehäuse angeordneten Heizleiters durch ein Gehäuse hindurch, mit einem Innenleiter, mit einem Außenleiter und mit einem elektrischen Isolator, wobei der Innenleiter zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung von dem Isolator vollständig umschlossen ist und der Isolator und der Innenleiter in dem als Hülse ausgebildeten Außenleiter aufgenommen sind, wobei die elektrische Durchführung einen nach innen in das Gehäuse gerichteten und einen nach außen gerichteten Endbereich aufweist, wobei der Isolator und der Außenleiter an ihrem dem nach außen gerichteten Endbereich der elektrischen Durchführung zugewandten Ende mit einem Schichtsilikat überdeckt sind.
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Die elektrische Durchführung wird durch eine Öffnung in einem Gehäuse gesteckt, wobei ein Endbereich in das Gehäuse hineinragt und der andere Endbereich aus dem Gehäuse herausschaut. Der außen liegende Teil wird dann mit einem elektrischen Leiter, vorzugsweise einem Kabel, verbunden. Somit bildet der Innenleiter einen Pol einer Spannungsquelle und der Außenleiter den anderen Pol der Spannungsquelle. In einigen Ausführungen ist der Pol des Außenleiters identisch mit der Masse, die an mehreren Bauteilen eines Kraftfahrzeugs anliegt. Abhängig vom Spannungsniveau ist diese problemlos möglich. Bei höheren Spannungen ist es notwendig auch den zweiten Pol abgeschirmt in Leitungen zu führen, um ein versehentliches Berühren von stromführenden Bauteilen zu vermeiden.
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Der aus dem Gehäuse hinausragender Bereich des Isolators und des Außenleiters sind, sofern keine geeigneten Schutzmaßnahmen vorgesehen sind, anfällig für den Eintrag von Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser. Durch einen Kontakt vom Isolator, welcher regelmäßig aus einer Oxidkeramik gebildet ist, kann es zu einem Ausspülen des Isolators kommen, wodurch die Isolationswirkung vermindert wird oder gänzlich wegfällt. Hier kann es dann zu einem Kurzschluss zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter kommen, wodurch die Funktionsfähigkeit des elektrisch beheizbaren Katalysators nicht mehr gewährleistet ist.
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Das Schichtsilikat überdeckt die nach außen gerichteten Enden des Isolators und des Außenleiters und schützt so den Isolator vor schädlichen äußeren Einflüssen und insbesondere auch vor dem Eintreten von Fluiden in Spalte und Zwischenräume zwischen Außenleiter, Isolator und Innenleiter.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das verwendete Schichtsilikat Glimmer ist. Glimmer ist besonders vorteilhaft, da Glimmer eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, so dass die für gewöhnlich an eine Anlage zur Abgasnachbehandlung auftretenden Temperaturen problemlos ausgehalten werden.
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Glimmer gehört hier zu einer speziellen Gruppe von Schichtsilikaten, wobei das kennzeichnende Merkmal von Glimmer die Schichtstruktur ist und die schwache Bindung zwischen den einzelnen Schichten des Glimmers.
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Ein weiterer Vorteil von Glimmer ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient mit 13,5 ppm/K näher an den Wärmeausdehnungskoeffizienten von den üblicherweise für elektrische Durchführungen verwendeten Stahlkomponenten liegt als die sonst verwendeten technischen Keramiken, wie beispielsweise Al2O3' mit 6 bis 8 ppm/K. Dadurch wird das Auftreten von Verspannungen infolge von thermischen Einflüssen reduziert.
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Darüber hinaus ist Glimmer natürlich elektrisch isolierend und aufgrund des Schichtaufbaus in gewissen Grenzen verformbar, wodurch unter Druck eine abdichtende Wirkung an den Anlageflächen erzeugt werden kann.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Schichtsilikat als ringförmige Scheibe mit einer zentralen Öffnung ausgebildet ist und der Innenleiter die zentrale Öffnung durchragt. Hierdurch kann das Schichtsilikat einfach positioniert werden und sichergestellt werden, dass das Schichtsilikat an der elektrischen Durchführung fixiert werden kann.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter einen umlaufenden Absatz ausbildet, auf welchem das Schichtsilikat aufliegt. Der umlaufende Absatz dient als Auflagerpunkt für das Schichtsilikat. So wird das Schichtsilikat einfach positioniert und durch die Anlage des Schichtsilikats sowohl an einer axialen Kontaktfläche als auch an einer radialen Kontaktfläche eine besonders gut dichtende Wirkung erreicht werden kann. Insbesondere ein Eindringen von Wasser aus einer radialen Richtung kann so besonders gut verhindert werden.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn das nach außen gerichtete Ende des Isolators und des Außenleiters an dem auf dem Absatz aufliegenden Schichtsilikat anliegen. Durch die Anlage der Enden des Isolators und des Außenleiters am Schichtsilikat in Verbindung mit dem durch das Fixiermittel erzeugten axialen Druck wird eine sehr gute Dichtwirkung erzeugt, wodurch das Eindringen von Wasser oder Fluiden allgemein am Isolator und am Außenleiter verhindert wird.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Schichtsilikat mittels eines Fixiermittels gegenüber dem Innenleiter fixiert ist. Durch das Fixiermittel wird sichergestellt, dass das Schichtsilikat auch unter den starken mechanischen Beanspruchungen in einem Kraftfahrzeug örtlich fixiert bleibt. Durch das Fixiermittel kann außerdem in vorteilhafter Weise ein Anpressdruck auf das Schichtsilikat erzeugt werden, um eine zusätzliche abdichtende Wirkung zu erzielen.
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Als Fixiermittel kann beispielsweise eine Mutter verwendet werden, die auf ein am Innenleiter aufgebrachtes Gewinde geschraubt werden kann. Auch wäre es denkbar eine Rastverbindung vorzusehen, durch welche das Schichtsilikat fixiert wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn auf der dem nach außen gerichteten Endbereich zugewandten Seite des Schicksilikats eine Buchse angeordnet ist, welche durch eine zentrale Öffnung von dem Innenleiter durchstoßen wird und mittels des Fixiermittels fixierbar ist.
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Die Buchse kann vorteilhaft als Kraftübertragungsmittel verwendet werden, um die Anpresskraft von einer Mutter oder einem anderen Fixiermittel auf das Schichtsilikat zu übertragen.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn der Isolator, der Außenleiter und der Absatz des Innenleiters bündig miteinander abschließen und eine gemeinsame Auflagefläche für das Schichtsilikat bilden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um eine eben Dichtfläche zu erhalten, auf welcher das Schichtsilikat aufgelegt und mittels eines Anpressdrucks angedrückt werden kann.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Schichtsilikat eine axiale Flexibilität aufweist, wobei durch eine axiale wirkende Kraftkomponente eine Komprimierung des Schichtsilikats erzeugt wird, wodurch das Schichtsilikat als Dichtmittel wirkt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Durchführung in einem Gehäuse einer Abgasstrecke eingesetzt ist, wobei das Schichtsilikat an dem außerhalb des Gehäuses befindlichen Endbereich der elektrischen Durchführung angeordnet ist.
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Insbesondere der außerhalb des Gehäuses angeordnete Bereich der elektrischen Durchführung ist anfällig für Beschädigungen und den Eintrag von Wasser beziehungsweise korrosiven Fluiden, wodurch der Isolator beschädigt werden kann.
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Auch vorteilhaft an der Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass eine bestehende elektrische Durchführung einfach mit einem Schichtsilikat als Isolation und Abdichtung nachgerüstet werden kann beziehungsweise eine bestehende elektrische Durchführung einfach an die Verwendung eines Schichtsilikats als Dichtmittel angepasst werden kann. Außerdem ist das Schichtsilikat einfach auswechselbar, so dass bei einer eventuell auftretenden Beschädigung ein Austausch erfolgen kann.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch die Verwendung des Schichtsilikats aufgrund der Temperaturstabilität eine besonders kurze Baulänge der elektrischen Durchführung erreicht werden kann, was insbesondere hinsichtlich der Bauraumrestriktionen besonders vorteilhaft ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße elektrische Durchführung wobei ein Innenleiter, ein Isolator und ein Außenleiter gezeigt sind und ein Schichtsilikat zur Abdichtung am Isolator und Außenleiter angeordnet ist.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine elektrische Durchführung 1. Die Durchführung 1 weist einen als Bolzen ausgestalteten Innenleiter 2 auf. Als ringförmige Hülse ist um einen axialen Teilabschnitt des Innenleiters 2 ein Isolator 3 angeordnet. Ein Außenleiter 4, welcher ebenfalls als ringförmige Hülse ausgebildet ist, nimmt den Isolator 3 und den Innenleiter 2 auf.
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Innenleiter 2, Isolator 3 und Außenleiter 4 liegen aneinander an und sich dauerhaft miteinander verbunden, beispielsweise verpresst. Der Innenleiter 2 weist einen in Umfangsrichtung umlaufenden Absatz 5 auf, welcher als Lagersitz für das als ringförmige Scheibe ausgebildete Schichtsilikat 6 dient. Das Schichtsilikat 6 ist besonders bevorzugt durch Glimmer gebildet, welches einerseits besonders temperaturstabil ist und andererseits eine gewisse Flexibilität aufweist, so dass es unter Druck, wie insbesondere axialem Druck, verformbar ist und somit als Dichtung eingesetzt werden kann, da es durch die Verformung zu einem Verschluss von eventuellen Spalten kommt und der Glimmer mit einer gewissen Vorspannung gegen die Anlagefläche am Außenleiter 4, am Isolator 3 und am Innenleiter 2 gedrückt wird.
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Das Schichtsilikat wird mittels einer Buchse 7 und einer Mutter 8 in axialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt und den Lagersitz am Absatz 5 des Innenleiters 2 und die Endflächen des Isolators 3 und des Außenleiters 4 gedrückt.
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Die Mutter 8 kann auf ein Gewinde am Innenleiter 2 geschraubt werden, während die Buchse 7 über den Innenleiter 2 gestülpt ist und auf dem Schichtsilikat 6 aufliegt.
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Der Außenleiter 4 kann beispielsweise beim Einsetzen in ein Gehäuse mit dem Gehäuse in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden, so dass das Gehäuse ein Teil des Außenleiters 4 wird. Dies kann beispielsweise durch Einschweißen des Außenleiters 4 in das Gehäuse erreicht werden.
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Das Schichtsilikat 6 ist bevorzugt an einem Bereich der elektrischen Durchführung 1 angeordnet, welcher nicht innerhalb des nicht gezeigten Gehäuses liegt, sondern außerhalb. Das Schichtsilikat 6 übernimmt so einerseits eine elektrische isolierende Wirkung zwischen Buchse 7, Mutter 8, Innenleiter 2 und Außenleiter 4 und weiterhin eine Abdichtung des Kontaktbereichs zwischen Innenleiter 2, Isolator 3 und Außenleiter 4 gegenüber Fluiden, die außerhalb des Gehäuses auf die elektrische Durchführung 1 einwirken können.
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Das Ausführungsbeispiel der 1 weist insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Durchführung
- 2
- Innenleiter
- 3
- Isolator
- 4
- Außenleiter
- 5
- Absatz
- 6
- Schichtsilikat
- 7
- Buchse
- 8
- Mutter
- 9
- außenliegender Endbereich
