DE69533609T2

DE69533609T2 - Elektrodenstruktur und diese enthaltendes elektrisches Heizelement

Info

Publication number: DE69533609T2
Application number: DE69533609T
Authority: DE
Inventors: Shigeharu Okazaki-city Aichi-prefecture Hashimoto; Tadato Nagoya City Aichi-prefecture Ito; Yuichi Utsunomiya-city Tochigi-prefecture Shimasaki; Hiroaki Utsunomiya-city Tochigi-prefecture Kato; Takashi Utsunomiya-city Tochigi-prefecture Komatsuda; Akihisa Utsunomiya-city Tochigi-prefecture Saito; Takuya Shimotuga-gun Tochigi-pref. Aoki; Tetsu Aizuwakamatsu-city Fukushima-pref. Teshirogi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; NGK Insulators Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; NGK Insulators Ltd
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2015-12-08
Also published as: US6031213A; EP0716558A2; CA2164540A1; EP0716558B1; DE69533609D1; CA2164540C; JPH08316660A; JP3078736B2; EP0716558A3

Description

Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenstruktur und eine elektrische Heizvorrichtung, die die Elektrodenstruktur umfasst. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine in einem Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte und mit beispielsweise einer in einem Metallgehäuse untergebrachten leitfähigen Substanz verbundene Elektrodenstruktur, um an die leitfähige Substanz Elektrizität anzulegen, um diese zu erwärmen und dadurch das während der Kaltzeiten (z. B. Kaltstart) erzeugte Abgasgas zu reinigen, sowie eine elektrische Heizvorrichtung, die die Elektrodenstruktur umfasst.
(2) Beschreibung des Stands der Technik
Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einem zur Reinigung der in Kraftfahrzeugen usw. erzeugten Abgase eingesetzten Katalysator eine elektrische Heizvorrichtung bereitgestellt ist, um die Temperatur des Abgaskatalysators so schnell wie möglich auf seine Betriebstemperatur anzuheben.
Bei diesem Verfahren, wie in 20 gezeigt, sind eine elektrische Heizvorrichtung 101 und ein Hilfskatalysator 102 stromaufwärts eines Hauptkatalysators 100, d. h. in einem Auspuffrohr 150 zwischen einem Motor und dem Hauptkatalysator 100 vorgesehen, um das während den kalten Motorzeiten erzeugte Abgas von darin enthaltenen schädlichen Substanzen zu reinigen. In diesem Abgasreinigungssystem wird, wenn der Hauptkatalysator 100 nicht aktiviert ist (beispielsweise während der kalten Motorzeiten, wie beispielsweise einem Kaltstart und dergleichen), die elektrische Heizvorrichtung für eine bestimmte Dauer (beispielsweise 40 Sekunden) auf ON-Betrieb gestellt, um die Temperatur der elektrischen Heizvorrichtung 101 und des Hilfskatalysators 102 in kurzer Zeit auf eine jeweilige bestimmte Temperatur (z. B. 400–500°C) oder darüber anzuheben und es der elektrischen Heizvorrichtung 101 und der Hilfsheizvorrichtung 102 zu ermöglichen, eine Gasreinigung während kalter Motorzeiten durchzuführen. Nachdem sich der Motor aufgewärmt hat, wird die Reinigung der Abgase von den darin gegenwärtigen Schadstoffen von der elektrischen Heizvorrichtung 101, der Hilfsheizvorrichtung 102 und dem Hauptkatalysator 100 durchgeführt.
Die obige elektrische Heizvorrichtung umfasst im Allgemeinen: eine metallisch Wabenstruktur; ein Metallgehäuse (z. B. ein Blechgehäuse) zur Aufnahme und zum Halten der Wabenstruktur; und eine Elektrode zum Anlegen von Elektrizität an die Wabenstruktur, die eine leitfähige Substanz ist.
Als Elektrodenstrukturen für elektrische Heizvorrichtungen sind gemeinhin die in den 21(A)–21(C) gezeigten bekannt.
In 21(A) ist durch Einschneiden ein Außengewindeabschnitt bereitgestellt. Ein Elektrodenpol 105 wird von einer Elektrode 104 fixiert. Ein erstes und ein zweites Isolierelement 106 bzw. 107 sind um den Elektrodenpol 105 herum in Eingriff mit dem Elektrodenpol 105. In einem Spalt zwischen dem ersten Isolierelement 105 und dem zweiten Isolierelement 107 ist ein Keramikpulver 108, wie beispielsweise Zement, eingefüllt. Das Keramikpulver 108 ist in einen Zwischenraum eingefüllt, den das erste und das zweite Isolierelement 106 und 107 und ein Befestigungsring 109 bilden. Auf dem Elektrodenpol 105 ist eine Mutter 111 über eine Beilegscheibe 110 schraubbefestigt. Somit sind das erste und das zweite Isolierelement 106 und 107 am Elektrodenpol 105 befestigt.
In der herkömmlichen, in 21(A) dargestellten Ausführungsform wird die elektrische Isolierung gegenüber dem Metallgehäuse (Umhüllung) 160, das als Abgasrohr fungiert, vom ersten und vom zweiten Isolierelement 106 und 107 gewährleistet. Das Abgas ist durch das Keramikpulver 108 abgedichtet. Die Elektrode 104 im Inneren des Metallgehäuses 160 ist über ein metallisches Verbindungselement 135 mit einem Teil der Wabenstruktur 133 verbunden.
21(B) zeigt eine weitere Elektrodenstruktur, die als eine vom Plasmabeschichtungstyp bezeichnet wird. Ein Isolierelement 112, wie beispielsweise ein Keramikmaterial, wird auf einen vorbestimmten Abschnitt eines Pols durch Abgabe von Plasma aufgebracht, um so einen Elektrodenpol 113 zu erhalten. Der Elektrodenpol 113 wird in einen an einem Metallgehäuse 114 befestigten Ring 115 eingeführt und greift in diesen ein.
Bei diesem Typ der plasmabeschichteten Elektrodenstruktur wird der zuvor genannte beschichtete Abschnitt, der über das Isolierelement verfügt, in den Ring 115 hinein gedrückt und mit diesem in Eingriff gebracht, wodurch eine elektrische Isolierung gegenüber dem Metallgehäuse und eine Dichtung gegenüber dem Abgas gewährleistet sind.
21(C) zeigt eine weitere Elektrodenstruktur, die als eine vom Metalldichtungstyp bezeichnet wird. Dem oberen Endabschnitt eines Elektrodenpols 117 wird durch Einschneiden ein Außengewindeabschnitt 116 bereitgestellt. Der Elektrodenpol 117 ist an einer Elektrode 117 befestigt. Ein erstes Isolierelement 120 und ein zweites Isolierelement 122 sind um die Elektrode 117 herum mit dieser im Eingriff. Das erste Isolierelement 120 verfügt über einen ersten Ring 118 und einen zweiten Ring 127 an der oberen und an der unteren Oberfläche eines Vorsprungs. Das bedeutet, dass eine Elektrodenstruktur vom Metalldichtungstyp mit einem ersten Isolierelement 120 und einem zweiten Isolierelement 122 ausgestattet ist, die durch ein Netz 123 an vorbestimmten Stellen festgehalten werden und in ein Metallgehäuse 126 eingeführt und mit diesem in Eingriff gebracht sind.
Die Elektrodenstruktur vom Metalldichtungstyp ist durch ein das erste und das zweite Isolierelement 120 und 122 gegenüber dem Metallgehäuse 126 isoliert und durch den ersten und den zweiten Metallring 118 und 127 gegenüber dem Abgas abgedichtet.
Bei der elektrischen Heizvorrichtung, die eine derartige Elektrodenstruktur umfasst, wird aus praktischen Gründen, wie beispielsweise das einfache Einpassen in das Auspuffrohr eines Kraftfahrzeugs usw., eine Elektrodenstruktur bevorzugt, die mit einem an eine externe elektrische Quelle angeschlossenen Zuleitungsdraht verbunden ist und in der ein Ende des Zuleitungsdrahts enthalten ist, um eine zuverlässige Verbindung zwischen der Elektrode und dem Zuleitungsdraht zu gewährleisten. Diese Elektrodenstruktur sorgt jedoch insofern für Probleme, als Wasser an der Elektrode der elektrischen Heizvorrichtung anhaftet, wenn das Fahrzeug bei Regenwetter usw., durch Regenpfützen auf Straßen oder während Überschwemmungen gefahren wird, was zu einem elektrischen Kurzschluss und infolgedessen zu einem Fehlbetrieb der Heizvorrichtung führen kann (vgl. 22).
Die EP-A 532138 offenbart eine Elektrodendurchführung. Es handelt sich dabei um ein zur Verwendung mit einem elektrisch heizbaren Abgaskatalysator geeigneten Anschluss. Die Elektrode verfügt über einen Zapfen, wobei ein Abschnitt des Zapfens mit einer dünnen Keramikschicht beschichtet ist. Eine Hülse befindet sich in einer Preßpassung mit dem Beschichtungsabschnitt. Der Zapfen ist an seinem inneren Ende an ein Ende eines Ohmschen Schaltkreises angeschweißt.
Die JP-A.900106531 offenbart eine Vorrichtung, die ein zylindrisches Reaktionsgefäß mit einander gegenüberliegenden UV-durchlässigen Seitenwänden umfasst. Nach außen gerichtete Elektroden sind in der Nähe der gegenüberliegenden Wände angeordnet. Die Vorrichtung verfügt über Mittel zum Anlegen von Spannung zwischen den Elektroden und einen Ammoniakspeiser, der mit dem Einlass des Reaktionsgefäßes verbunden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der oben beschriebenen Situation wurde die vorliegende Erfindung entwickelt, um eine Elektrodenstruktur für elektrische Heizvorrichtungen bereitzustellen, die darauf abzielt, das Anhaften von Wasser an der Elektrode der Heizvorrichtung zu verhindern, selbst wenn ein mit einer derartigen Heizvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug durch Regenpfützen oder während Überschwemmungen gefahren wird, sowie um eine elektrische Heizvorrichtung bereitzustellen, die eine derartige Elektrodenstruktur umfasst.
Der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine Anordnung bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 dargelegt ist.
Die Elektrodenstruktur der Anordnung der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise durch Verbinden mit einer leitfähigen Substanz, die in einem Metallgehäuse untergebracht ist, eingesetzt, um Elektrizität an die leitfähige Substanz anzulegen. Die leitfähige Substanz ist vorzugsweise eine metallische Wabenstruktur.
Die vorgenannte gegebene Länge L ist vorzugsweise L ≥ 40 mm.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine Ausführungsform einer weiteren, in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung verwendeten wasserdichten Struktur zwischen dem Elektrodengehäuse und dem Zuleitungsdraht in zeigt.
3 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine andere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine weitere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine nochmals andere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine weitere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine Ausführungsform der in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung verwendeten Befestigung zwischen dem Presselement und der Elektrode zeigt.
8 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine andere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine weitere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine nochmals andere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die die Einzelheiten des oberen Abschnitts einer in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung verwendeten Keramikhülle zeigt.
12 ist eine Draufsicht der in 10 gezeigten Elektrodenstruktur.
13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Distanz von der Elektrode und der Temperatur in einer herkömmlichen elektrischen Heizvorrichtung zeigt.
14 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine perspektivische Ansicht des vorderen Endes der in der Elektrodenstruktur aus 14 verwendeten zweiten Elektrode.
16 ist eine weitere perspektivische Ansicht des vorderen Endes der in der Elektrodenstruktur aus 14 verwendeten zweiten Elektrode.
17 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Draufsicht einer elektrischen Zwei-Elektroden-Heizvorrichtung, die die Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung verwendet.
19 ist eine Draufsicht einer elektrischen Ein-Elektroden-Heizvorrichtung, die die Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung verwendet.
20 ist eine Ansicht, die die Struktur des Schlüsselabschnitts des Abgassystems des Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug zeigt.
Die 21(A), 21(B) und 21(C) sind Querschnittsansichten, die Ausführungsformen von herkömmlichen Elektrodenstrukturen zeigen.
22 ist eine Ansicht, die die Anordnung des Abgassystems des Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug zeigt.
23 ist eine Teilansicht, die eine Ausführungsform der in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verbindung zwischen Elektrode und Zuleitungsdraht zeigt.
24 ist eine Teilansicht, die eine andere Ausführungsform der in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verbindung zwischen Elektrode und Zuleitungsdraht zeigt.
25 ist eine Teilansicht, die eine weitere Ausführungsform der in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verbindung zwischen Elektrode und Zuleitungsdraht zeigt.
26 ist eine Teilansicht, die eine nochmals andere Ausführungsform der in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verbindung zwischen Elektrode und Zuleitungsdraht zeigt.
27 ist eine Teilansicht, die eine weitere Ausführungsform der in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verbindung zwischen Elektrode und Zuleitungsdraht zeigt.
28 ist eine Teilansicht, die eine weitere Ausführungsform der in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verbindung zwischen Elektrode und Zuleitungsdraht zeigt.
29 ist eine Teilansicht, die eine weitere Ausführungsform der in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verbindung zwischen Elektrode und Zuleitungsdraht zeigt.
30 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform des in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung verwendeten Presselements zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun spezifisch beschrieben. Zuerst werden die Elemente beschrieben, die die Elektrodenstruktur bilden.
Das in der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung verwendete wasserdichte Element ist vorzugsweise eine wärmebeständige, isolierende organische Verbindung oder ein Glas. Spezifische Beispiele für die isolierende organische Verbindung umfassen vorzugsweise fluorhältige organische Verbindungen, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (Handelsname: Teflon), Fluorkautschuk und dergleichen, wobei Teflon aufgrund seiner geringen Gewichtsabnahme bei hohen Temperaturen besonders bevorzugt wird. Teflon kann gegebenenfalls ein Glas zur Bereitstellung einer höheren Wärmebeständigkeit enthalten. Die Wärmebeständigkeit des wasserdichten Elements beträgt vorzugsweise zumindest 100°C, noch bevorzugter zumindest 150°C.
In der vorliegenden Elektrodenstruktur ist die Umhüllung vorzugsweise an dem Abschnitt, an dem das wasserdichte Element zwischen der Umhüllung und dem Zuleitungsdraht eingeschoben ist, von außen gequetscht, um im Inneren der Elektrode Wasserdichtheit zu gewährleisten. Die Wasserdichtheit im Inneren der Elektrode kann statt der Quetschung auch durch Abdichten des Spalts zwischen der Umhüllung und dem wasserdichten Element und/oder des Spalts zwischen dem wasserdichten Element und/oder der Kabelleitung mit einem Klebemittel gewährleistet werden. Hierin ist die Wasserdichtheit im Inneren der Elektrode in Bezug auf die hereinströmende Wassermenge bei 0,5 atm auf 1 cm³/min oder weniger festgelegt. Vorzugsweise weist das Klebemittel einen großen Ausdehnungskoeffizienten auf, sodass es der Abfolge von hoher Temperatur und niedriger Temperatur, die im Abgassystem einen Kraftfahrzeugs anzutreffen ist, folgen kann, und ist zudem bei möglichem Kontakt mit Wasser wasserabweisend. Ein bevorzugtes Klebemittel ist deshalb ein organisches Klebemittel, wobei spezifische Beispiele hierfür ein Polyimid usw. sind.
Der Umfang des Zuleitungsdrahts ist auf gewöhnliche Weise mit einem Ummantelungsmaterial ummantelt. Das Ummantelungsmaterial weist vorzugsweise eine Wärmebeständigkeit von zumindest 100°C auf. Spezifische Beispiele für den ummantelten Zuleitungsdraht sind ein Zuleitungsdraht mit einem Kern, wobei Teflon den Umfang des Kerns ummantelt, und ein Zuleitungsdraht mit einem Kern, wobei ein Polyimidstreifen den Umfang des Kerns ummantelt und eine gestrickte und geflochtene Glasfaser den Polyimidstreifen ummantelt. Der Durchmesser des Kerns des Zuleitungsdrahts beträgt vorzugsweise 1,0–5,0 mm. Der Kern wird vorzugsweise durch Verdrillen von dünnen Drähten mit jeweils einem Durchmesser von 0,5 mm oder weniger erhalten.
Die Elektrode ist vorzugsweise ein Metallstab. Die Elektrode ist über ein Isolierelement an der Umhüllung, die das Gehäuse kontaktiert, befestigt. Ein Ende der Elektrode, das im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, ist direkt oder über ein metallisches Verbindungselement mit einem Teil einer leitfähigen Substanz verbunden, die im Inneren des Metallgehäuses durch Schweißen oder dergleichen angeordnet ist.
Das andere Ende der Elektrode ist mit dem Zuleitungsdraht verbunden. Die Verbindung zwischen der Elektrode und dem Zuleitungsdraht wird durch verschiedene Methoden bereitgestellt, wie beispielsweise direktes Anschweißen, über ein Verbindungselement und dergleichen.
Das Isolierelement besteht vorzugsweise aus einem ersten Isolator, einem zweiten Isolator und einem anorganischen Pulver, das zwischen dem ersten Isolator und dem zweiten Isolator eingefüllt ist, da diese Konstruktionsweise hervorragend gasabdichtend wirkt, und auch wenn von außerhalb des Auspuffrohrs eintretende feste Materie mit der Elektrodenstruktur kollidiert, werden die Eigenschaften der Gasabdichtung und der Isolierung kaum abgeschwächt. Das anorganische Pulver wird vorzugsweise durch Druckaufbringung eingefüllt. Das spezifische Material für das anorganische Pulver ist vorzugsweise Talk, Kaolin und dergleichen. Sowohl der erste als auch der zweite Isolator weist vorzugsweise eine solche Struktur auf, dass sie zum Halten des anorganischen Pulvers zwischen der Elektrode und der Umhüllung fähig sind. Der erste und der zweite Isolator können aus einem Keramikmaterial mit der gewünschten Festigkeit, beispielsweise einem Aluminiumoxidmaterial oder einem Porzellanmaterial, hergestellt sein. Vorzugsweise wird das anorganische Pulver durch Anlegen einer Belastung von zumindest 200 kg zwischen dem ersten und dem zweiten Isolator eingefüllt. Wenn der zweite Isolator an der Seite, die in direktem Kontakt zum anorganischen Pulver steht, eine unterschiedliche Höhe aufweist, so ist dies bevorzugt, da sich das anorganische Pulver nicht lockern kann, wenn dieses einem Wärmekreislauf und/oder einer Schwingung ausgesetzt wird.
Der Spalt zwischen dem Isolierelement und der Elektrode und der Spalt zwischen dem Isolierelement und der Umhüllung können mit einem metallischen Dichtungsmaterial abgedichtet sein; und gleichzeitig können ein Federelement zur Absorption der Differenz der Wärmeausdehnung zwischen der Elektrode, der Umhüllung und dem Isolierelement sowie ein Presselement zur Übertragung der Last auf das Federelement zwischen der Elektrode und der Umhüllung bereitgestellt werden. Durch die oben beschriebene Konstruktionsweise der Elektrodenstruktur kann die Gasabdichtung durch das metallische Dichtungsmaterial aufrechterhalten und die Differenz der Wärmeausdehnung zwischen der Elektrode, der Umhüllung und dem Isolierelement kann vom Federelement absorbiert werden. Die Befestigung des Presselements an der Elektrode kann durch Einpassen des Presselements, das die Form einer Mutter aufweist, an die Elektrode oder durch Verstemmen oder Schweißen eines Teils des Presselements an die Elektrode durchgeführt werden.
Der Spalt zwischen der Elektrode und der Umhüllung kann durch Aufbringen eines isolierenden Beschichtungsmaterials auf die Elektrode oder auf die Umhüllung oder auf beide isoliert werden. Eine Druckpenetration der mit dem isolierenden Beschichtungsmaterial beschichteten Elektrode in die Umhüllung ist vom Standpunkt der Gasdichtheit zu bevorzugen. Das isolierende Beschichtungsmaterial ist vorzugsweise Aluminiumoxid, Keramik oder dergleichen. Die Verwendung von Aluminiumoxid durch Plasmaspritzen ist bevorzugt.
Ist die Elektrode mit dem isolierenden Beschichtungsmaterial beschichtet, so ist es für die Gasdichtheit der Elektrode vorzuziehen, dass der Spalt zwischen der Umhüllung und dem isolierenden Beschichtungsmaterial mit einem metallischen Dichtungsmaterial abgedichtet wird; ist das Gehäuse mit dem isolierenden Beschichtungsmaterial beschichtet, so ist es aus demselben Grund vorzuziehen, dass der Spalt zwischen der Elektrode und dem isolierenden Beschichtungsmaterial mit demselben metallischen Dichtungsmaterial abgedichtet wird.
Das Abdichten des Spalts zwischen der Elektrode und der Umhüllung mit einem anorganischen Pulver ist aus Gründen der Gasdichtheit und der Stoßfestigkeit der Elektrode bevorzugt. Das anorganische Pulver wird, wie oben erwähnt, vorzugsweise unter Druck eingefüllt.
Das Gasdichtheit der Elektrode kann auch durch Abdichten des Spalts zwischen dem Isolator, der Umhüllung und der Elektrode mit einem Zementmaterial erreicht werden.
Die leitfähige Substanz ist typischerweise eine metallische Wabenstruktur. Ist die leitfähige Substanz eine metallische Wabenstruktur und die Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung eine Elektrodenstruktur für eine elektrische Heizvorrichtung, so sind sie beispielsweise in einem Katalysator zur Reinigung von Abgasen eines Fahrzeugs bereitgestellt. Verschiedene andere leitfähige Substanzen als die metallische Wabenstruktur können ebenfalls eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wird in Folge detaillierter mit Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keinster Weise auf diese Ausführungsformen eingeschränkt.
1 ist eine Ansicht einer Ausführungsform der Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung. In 1 ist 2 ein Metallgehäuse; 4 eine Umhüllung zum Aufnehmen einer Elektrode; 6 ist eine Elektrode, die aus einem Metallstab besteht; 16 ist ein metallisches Verbindungselement; 18a ist ein erster Isolator; 18b ist ein zweiter Isolator; 18d ist ein anorganisches Pulver; 20 ist ein Zuleitungsdraht; 22 ist ein wasserdichtes Element; und 24 ist ein Dichtungsring.
In der in 1 gezeigten Elektrodenstruktur ist die Elektrode 6 in einem im Metallgehäuse 2 ausgebildeten Loch eingeführt und über ein Isolierelement 18, das aus dem ersten Isolator 18a, dem zweiten Isolator 18b und dem zwischen dem ersten Isolator 18a und dem zweiten Isolator 18b eingefüllten anorganischen Pulver 18d gebildet ist, an der Umhüllung 4, die mit dem Gehäuse verbunden ist, befestigt. In der Ausführungsform aus 1 weist die Umhüllung 4 eine Doppelstruktur auf, in der eine zweite Umhüllung 4b teilweise in die erste Umhüllung 4a eingeführt ist und in der die zweite Umhüllung 4b über den Dichtungsring 24 am Umfang des oberen Endes abgedichtet ist.
Unter Verwendung des Dichtungsrings 24 kann das anorganische Pulver 18d unter Druck eingefüllt werden, ohne den zweiten Isolator 18b übermäßig zu beanspruchen. Es ist vorzuziehen, dass der Dichtungsring 24 aus einem Material mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der zweite Isolator 4b hergestellt ist, da beim Erhitzen der Elektrodenstruktur der Dichtungsring 24 die Differenz der Wärmeausdehnung zwischen dem zweiten Isolator 4b und dem Isolierelement 18 absorbieren und somit eine gute Abdichtung gewährleisten kann. Ebenfalls wird bevorzugt, dass der erste Isolator 4a und der zweite Isolator 4b am gesamten Umfang entlang angeschweißt oder ähnlich angebracht sind, um das Eintreten von Wasser aus dem Spalt zwischen den beiden Isolatoren zu verhindern. Die Befestigung wird vorzugsweise durch Laserschweißen entlang dem gesamten Umfang vorgenommen.
Das wasserdichte Element 22 ist zwischen der Umhüllung 4 und dem Zuleitungsdraht 20 eingeschoben, und die Umhüllung 4 ist an dem Abschnitt von außen gequetscht, an dem das wasserdichte Element 22 zwischen der Umhüllung 4 und dem Zuleitungsdraht 20 eingeschoben ist. So kann der Spalt zwischen der Umhüllung 4 und dem wasserdichten Element 22 sowie der Spalt zwischen dem wasserdichten Element 22 und dem Zuleitungsdraht 20 beseitigt werden und das Verhindern eines Eintritts von Wasser aus dem Spalt zwischen Umhüllung 4 und dem Zuleitungsdraht 20 gewährleistet werden. Zwischen dem oberen Ende der Elektrode 6 und dem unteren Ende des Zuleitungsdrahts 20 ist ein Verbindungselement 30 zur elektrischen Verbindung zwischen der Elektrode 6 und dem Zuleitungsdraht 20 bereitgestellt. Ein Ende der Elektrode 6, das im Inneren des Metallgehäuses 2 angeordnet ist, ist über das metallische Verbindungselement 16 mit einem Teil der leitfähigen Substanz (in 1 nicht dargestellt) verbunden.
Die Elektrodenstruktur aus 1 ist, was die Anordnungseffizienz, die Produktivität und die Gasdichtheit betrifft, höherwertig. Die Struktur verringert kaum die Gasdichtheit und die Isoliereigenschaften, selbst wenn es zur Kollision mit festen Materialien, die von außerhalb des Auspuffrohrs eintreten, kommt und bietet Festigkeit und Sicherheit.
In der Elektrodenstruktur aus 1 kommt es, wenn an der unteren Seite des zweiten Isolators 18b verschiedene Stufen 32 ausgebildet sind, selbst dann zu keiner Auflockerung des Füllzustands des anorganischen Pulvers 18d, das zwischen dem ersten Isolator 18a und dem zweiten Isolator 18b eingefüllt wird, wenn die Struktur einem Wärmekreislauf und/oder Schwingung ausgesetzt wird.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der wasserdichten Struktur zwischen der Umhüllung und dem Zuleitungsdraht. In dieser Ausführungsform ist ein Zuleitungsdraht 20 mit einem ersten wasserdichten Element 40 um den Umfang herum abgedeckt; der untere Abschnitt des ersten wasserdichten Elements ist mit einer ersten Umhüllung 44 verklammert; um den oberen Abschnitt des wasserdichten Elements 40 herum ist ein wasserdichtes Rohr 42, wie beispielsweise ein Teflonrohr oder dergleichen, angeordnet; das wasserdichte Rohr 42 ist mit einer zweiten Umhüllung 46 verklammert, die von außen an den Abschnitten X und Y verstemmt ist.
In dieser wasserdichten Struktur kommt es im Abschnitt X kaum zu einer Differenz in der Wärmeausdehnung, da das wasserdichte Rohr 42 zwischen der ersten Umhüllung 44 und der zweiten Umhüllung 46 verklammert ist, und die Wasserdichtheit ist gewährleistet. Zudem tritt im Abschnitt Y kein Wasser ein, da das erste wasserdichte Element 40 und das wasserdichte Rohr 42 miteinander verstemmt sind, und eine sehr hohe Wasserdichtheit kann gewährleistet werden.
In einer in 3 gezeigten Ausführungsform wird eine einstückige Umhüllung 4 anstelle der Umhüllung 4 mit Doppelstruktur aus 1 verwendet; ein Isolierelement ist zwischen der Umhüllung 4 und einer Elektrode 6 eingeschoben; und ein wasserdichtes Element 22 ist zwischen der Umhüllung 4 und einem Zuleitungsdraht 22 eingeschoben. Die Umhüllung 4 ist über ein Dichtungselement 48 am nahe dem oberen Ende eines zweiten Isolators 18b liegenden Abschnitt abgedichtet.
4 ist eine weitere Ausführungsform der wasserdichten Struktur zwischen der Umhüllung und dem Zuleitungsdraht. In dieser Ausführungsform fungiert das Ummantelungsmaterial 50 für den Zuleitungsdraht 20 auch als ein wasserdichtes Element, und das Ummantelungsmaterial 50 ist direkt vom Umfang einer Umhüllung 4 abgedichtet?verstemmt?. Es ist notwendig oder bevorzugt, dass das Ummantelungsmaterial 50 für den Zuleitungsdraht 20 die obgenannten Eigenschaften des wasserdichten Elements besitzt. In dieser Ausführungsform kann somit die Anzahl der Konstruktionsteile verringert und eine bessere Anordnungseffizienz erreicht werden.
5 ist eine Ausführungsform der Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, worin der Spalt zwischen der Elektrode und dem (zwischen der Umhüllung und der Elektrode bereitgestellten) Isolierelement und der Spalt zwischen dem Isolierelement und der Umhüllung jeweils mit einem metallischen Dichtungsmaterial abgedichtet sind.
In der in 5 dargestellten Elektrodenstruktur sind ein erster Isolator 181, ein zweiter Isolator 18b und ein dritter Isolator 18c zwischen einer ersten Umhüllung 44 oder einer zweiten Umhüllung 46 und einem Zuleitungsdraht 20 oder einer Elektrode 6 bereitgestellt; der Spalt zwischen dem dritten Isolator 18c und der zweiten Umhüllung 46 und der Spalt zwischen dem dritten Isolator 18c und der Elektrode 6 sind jeweils mit einem metallischen Dichtungsmaterial 56 abgedichtet; eine konische Tellerfeder 58 wird oben und unten von Presselementen 60 getragen, wie 30 zu entnehmen ist; das obere Presselement 60 wird von einem Flansch 62 getragen, der am unteren Ende eines Verbindungselements 30 ausgebildet ist.
Die wasserdichte Struktur in der Elektrodenstruktur aus 5 ist die in 1 gezeigte. Der Flansch 63, der am unteren Ende des Verbindungselements 30 bereitgestellt ist, überträgt gemeinsam mit dem Presselement 60 auf effiziente Weise eine durch die Differenz in der Wärmeausdehnung an die Elektrode angelegte Last an die konische Tellerfeder 58.
6 ist eine weitere Ausführungsform der Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, worin der Spalt zwischen der Elektrode und dem (zwischen der Umhüllung und der Elektrode bereitgestellten) Isolierelement und der Spalt zwischen dem Isolierelement und der Umhüllung jeweils mit einem metallischen Dichtungsmaterial abgedichtet sind.
In der in 6 dargestellten Elektrodenstruktur ist der Spalt zwischen der Elektrode 6 und der Umhüllung 4 durch einen ersten Isolator 18a und einen zweiten Isolator 18b isoliert; der Spalt zwischen dem zweiten Isolator 18b und der Elektrode 6 und der Spalt zwischen dem zweiten Isolator 18b und der Umhüllung 4 sind jeweils mit einem metallischen Dichtungsmaterial 56 abgedichtet. Der Hauptunterschied zwischen dieser Elektrodenstruktur und der Elektrodenstruktur aus 5 liegt darin, dass die Umhüllung 4 einstückig ausgebildet ist, die Elektrode 6 einen Abschnitt 64 zum Tragen des ersten Isolators 18a aufweist und dass die Presselemente 60 die konische Tellerfeder 58 durch Einstemmen des Schulterabschnitts 66 der Umhüllung 4 auf die konische Tellerfeder 58 gedrückt werden.
Die Befestigung der Presselemente 60 an der Elektrode 6 kann auch, wie in 7 zu sehen ist, durch Ausbilden eines Presselement-Halteabschnitts 64 an einer gewünschten Stelle der Elektrode 6 und durch Anpassen des Inneren eines Presselements 60 mit der Form eines teilweise offenen Rings (vgl. 30) an den Abschnitt durchgeführt werden.
8 ist eine Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung, worin die Elektrode und die Umhüllung durch Beschichten der Elektrode mit einem isolierenden Beschichtungsmaterial mittels Plasmaspritzverfahren isoliert sind. In dieser Ausführungsform wird eine mit einem isolierenden Beschichtungsmaterial 18f beschichtete Elektrode unter Druck in eine zweite Umhüllung 46 eingeführt. In dieser Elektrodenstruktur ist die wasserdichte Struktur die gleiche wie die in 1 gezeigte.
9 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Elektrodenstruktur, worin der Spalt zwischen einem ersten Isolator 18a, einem zweiten Isolator 18b und einem zweiten Gehäuse 46 mit einem Zementdichtungsmaterial 18e abgedichtet. Mit einem derartigen Aufbau kann die Elektrodenstruktur gasdicht sein. In dieser Elektrodenstruktur ist die wasserdichte Struktur die in 1 gezeigte.
10 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Elektrodenstruktur einer elektrischen Heizvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
In dieser Figur liegt eine erste Elektrode 72 einer elektrischen Heizvorrichtung 71, auf der ein Katalysator aufgeladen ist, einer Umhüllung (Metallgehäuse) 73 gegenüber. Die Umhüllung ist durch Einschneiden mit einem Innengewinde versehen. Ein erster Umfangszylinder 74 mit einem hexagonalen Abschnitt und einem Außengewindeabschnitt ist mit dem zuvor erwähnten Innengewinde mittels einer Beilegscheibe 75a verschraubt. Der erste Umfangszylinder 74 ist unitär mit einem zweiten Umfangszylinder 75 mit ringförmigem Querschnitt verbunden. Der zweite Umfangszylinder 75 ist unitär mit dem dritten Umfangszylinder 76 verbunden. Somit ist eine Umhüllung zum Aufnehmen und Halten einer Elektrode aus dem ersten Umfangszylinder 74, dem zweiten Umfangszylinder 75 und dem dritten Umfangszylinder 76 aufgebaut. Die Länge L vom unteren Ende des ersten Umfangszylinder 74 bis zum oberen Ende des dritten Umfangszylinder 76 beträgt 40 mm oder mehr. Die erste Elektrode 72 ist mit einer Wabenstruktur 77 einer elektrischen Heizeinrichtung 71 über ein Verbindungselement 145 verbunden.
Die Zahl 78 bezeichnet eine zweite, aus einem Metall, wie beispielsweise Eisen, hergestellte polartige Elektrode. Die zweite Elektrode weist im oberen Mittelabschnitt einen scheibenförmigen Vorsprung 81 auf. Ein Außengewinde ist im Bodenabschnitt 79 durch Einschneiden bereitgestellt, wodurch die zweite Elektrode mit der ersten Elektrode 72, die über ein Innengewinde verfügt, verschraubt ist. Weiters durchbohrt die zweite Elektrode 78 eine fast zylindrische Keramikhülle (Isolierelement) 80, die aus Aluminiumoxid oder dergleichen hergestellt ist. Das obere Ende der Keramikhülse 80 stößt am Vorsprung 81 an.
Spezifischer verfügt die Keramikhülse 80 über einen Abschnitt 80a, der an vorbestimmten Abschnitten der inneren Oberfläche der Keramikhülse 80 Stufen aufweist. Die innere Oberfläche rund um das obere Ende ist in etwa senkrecht geformt, und das offene Ende ist leicht konisch. Das heißt, dass im offenen Ende der inneren Oberfläche 86 der Keramikhülse 80 vier konische Vertiefungen 85 ausgebildet sind, wie in 11 gezeigt wird. Die Vertiefungen 85 sind mit einem komprimierten Keramikpulver 87 gefüllt. Die zweite Elektrode 78 und der zweite Umfangszylinder 75 rotieren einheitlich.
Zwischen dem unteren Abschnitt der Keramikhülse 80 und dem ersten Umfangszylinder 74 ist eine erste Metallhülse 82 angeordnet. Spezifischer wird ein auf der Keramikhülse 80 ausgebildeter Vorsprung 80b von einer in der ersten Metallhülse 82 ausgebildeten Rille festgehalten. Auf der Oberseite der ersten Metallhülse 82 ist über ein Keramikpulver 83, wie beispielsweise Talk, Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid, eine zweite Metallhülse 84 angeordnet. Die zweite Metallhülse 84 stößt an den ersten Umfangszylinder 74 an. Der Oberteil des ersten Umfangszylinder 74 ist verstemmt, sodass das Keramikpulver 83 zwischen der ersten Metallhülse 82 und der zweiten Metallhülse 84 komprimiert wird. Das komprimierte Keramikpulver 83 sorgt für die elektrische Isolierung nach außen.
Im Spalt oberhalb des Vorsprungs 81 der zweiten Elektrode 78 zwischen der zweiten Elektrode 78 und dem zweiten Umfangszylinder 75 ist mit einem Glasisolator gefüllt, was eine Art elastischer Isolator ist, um so die elektrische Isolierung gegenüber dem zweiten Umfangszylinder 75 zu gewährleisten.
Ein Zuleitungsdraht 89 ist an der Oberseite der zweiten Elektrode 78 befestigt. Ein ummantelter Abschnitt 90 des Zuleitungsdrahts 89 steht vor. Am oberen Ende des dritten Umfangszylinders 76 ist ein wärmebeständiges Gummidichtungselement 91 angebracht.
In der Elektrodenstruktur der in 12 gezeigten Ausführungsform ist Abschnitt B gequetscht, um so den dritten Umfangszylinder 76 und den ummantelten Abschnitt 90 zu verbinden, Abschnitt C ist verstemmt, um den zweiten und den dritten Umfangszylinder 75 und 76 zu verbinden, die zweite Elektrode 78 und Abschnitt D ist gequetscht, um den ersten und den zweiten Umfangszylinder 74 und 75, die zweite Metallhülse 84 und die zweite Elektrode 78 zu verbinden. Der erste Umfangszylinder 74 wird durch Drehen eines hexagonalen Abschnitts mit einem Werkzeug oder dergleichen gedreht, um so mit einer Umhüllung 73 verschraubt zu sein, wodurch die zweite Elektrode 78 mit der ersten Elektrode 72 verschraubt ist. So kann die zweite Elektrode 78 einfach in eine elektrische Heizvorrichtung 71 eingebaut werden. Das Keramikpulver 87 ist gepresst und bedeckt die zweite Elektrode 78 durch Gewindeeingriff des ersten, des zweiten und des dritten Umfangszylinders 74, 75 und 76 mit der Umhüllung 73, wodurch die zweite Elektrode 78 einheitlich mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Umfangyzylinders 74, 75 und 76 rotiert und mit der ersten Elektrode 72 verschraubt ist.
Da die vorbestimmte Länge L vom unteren Ende des ersten Umfangyzylinders 74 bis zum oberen Ende des dritten Umfangszylinders 76 (die Umhüllung zum Aufnehmen und Halten einer Elektrode) 40 mm oder beträgt, kann ein Gummidichtungselement 91 an der Oberseite des dritten Umfangszylinders 76 angebracht werden. Bei der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor oder dergleichen steigt die Temperatur der Umhüllung 73 im Allgemeinen auf 900°C–1000°C an, während die Wärmebeständigkeitstemperatur eines Gummidichtungselements, selbst wenn es sich beim Gummi um wärmebeständigen Fluorkautschuk, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) usw., handelt, in etwa bei 250°C liegt. Deshalb ist es schwierig, ein Gummidichtungselement auf einem Abschnitt in der Nähe der Umhüllung 73 anzubringen. Die Abdichtung rund um die Elektrode mittels eines Gummidichtungselements ist notwendig, um eine Elektrodenstruktur einer elektrischen Heizvorrichtung wasserdicht zu machen. Auch ein wärmebeständiges Gummidichtungselement weist eine Wärmebeständigkeitstemperatur von höchstens etwa 250°C auf, wodurch ein Gummidichtungselement nicht in eine Elektrodenstruktur eingebaut werden kann, und es gab kein Mittel zur Bereitstellung einer wasserdichten Vorrichtung. Dadurch gelangte Wasser in die Peripherie der Elektrode einer elektrischen Heizvorrichtung, wenn das Fahrzeug durch eine Pfütze oder nach einer Überschwemmung gefahren wurde, was zu einem Fehlbetrieb der Heizvorrichtung führte.
Es wurde die Temperatur einer elektrischen Heizvorrichtung in der Nähe der Umhüllung gemessen. Die Erfinder haben durch die Ergebnisse dieses Versuchs herausgefunden, dass die Temperatur an einer Stelle, die 40 mm oder mehr von der Peripherie der Ummantelung entfernt ist, 200°C oder weniger beträgt, wie in 13 zu sehen ist. Demzufolge wurde in der vorliegenden Ausführungsform die vorbestimmte Länge L mit 40 mm oder mehr spezifiziert, sodass die Temperatur des Gummidichtungselements 91 nicht die Wärmebeständigkeitstemperatur erreicht. Die zweite Elektrode 78 ist so angeordnet, dass sie über die erste Elektrode 72 übersteht, die zweite Elektrode durchbohrt die Keramikhülle 80, die Abdichtung gegenüber Abgasen und die elektrische Isolierung werden durch das Keramikpulver 83 und 87 und einen Glasisolator 88 bereitgestellt, während der Schutz vor Wasser durch die Befestigung des Gummidichtungsmaterials 91 am oberen Ende des dritten Umfangszylinders 76 erzielt wird, wobei das Gummidichtungsmaterial 91 eine Distanz von 40 mm oder mehr zur ersten Elektrode 72 aufweist. Da der erste, der zweite und der dritte Umfangszylinder 74, 75 und 76 mit der zweiten Elektrode 78 oder dergleichen verbunden sind, indem der erste Umfangszylinder 74 mit der Umhüllung 73 durch Drehen des hexagonalen Abschnitts verschraubt ist, ist die zweite Elektrode gleichzeitig mit der ersten Elektrode 72 verbunden und kann einfach in die Elektrodenstruktur eingebaut werden.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung. Eine Vertiefung ist zwischen einer Keramikhülle 92 und einem ersten Umfangszylinder 74 ausgebildet. Keramikpulver 93 wird in die Vertiefung eingefüllt. Über dem Keramikpulver 93 wird eine Metallhülse 94 angeordnet, die am ersten Umfangszylinder 74 anstößt. Wie in der obigen Ausführungsform aus 10 sind die Metallhülse 94 und der erste Umfangszylinder 74 verstemmt, wodurch das Keramikpulver 93 komprimiert wird und die elektrische Isolierung oder dergleichen gewährleistet ist. Der obere Abschnitt einer zweiten Elektrode 95 ist zur Form eines Hexagons, wie in 15 gezeigt ist, oder eines Rechtecks, wie in 16 gezeigt ist, oder zu einer Form mit einem hexagonalen Loch (nicht dargestellt) geformt. Die zweite Elektrode 95 ist mit der ersten Elektrode 72 durch ein vorbestimmtes Werkzeug verbunden. Der obere Abschnitt der Keramikhülle 92 verjüngt sich nach oben hin. Ein Glasisolator 96 ist in einem Raum eingefüllt, der vom konischen Abschnitt der Keramikhülle 92, einem zweiten Umfangszylinder 75 und der zweiten Elektrode 95 gebildet ist, wodurch die Elektrodenstruktur elektrisch isoliert und gegen Gas abgedichtet ist.
In der zuvor erwähnten Ausführungsform, die in 14 gezeigt ist, ist die zweite Elektrode 95 über ein Gewinde an der ersten Elektrode 72 befestigt. Wie jedoch aus der in 17 gezeigten Ausführungsform hervorgeht, kann die zweite Elektrode 97 auch durch Schweißen an der ersten Elektrode 98 befestigt sein (Lötstelle 99).
Die vorliegende Erfindung kann sowohl auf elektrische Heizvorrichtungen mit zwei Elektroden als auch auf elektrische Heizvorrichtungen mit einer Elektrode angewendet werden. Die Erstere ist in 18 dargestellt, während Letztere in 19 zu sehen ist, in der nur ein Ende der Elektrode an die Heizvorrichtung angeschlossen ist.
In der vorliegenden Elektrodenstruktur sind die Elektrode und der Zuleitungsdraht durch verschiedene Weisen miteinander verbunden. Ausführungsformen derartiger Verbindungsmöglichkeiten sind in den 23–29 gezeigt.
In 23 sind eine Elektrode 6 und ein Zuleitungsdraht 20 über ein Verbindungselement 30 miteinander verbunden. Das Verbindungselement 30 ist durch den an einem Ende des Verbindungselements 30 ausgebildeten Nagelabschnitt 68 am Zuleitungsdraht 20 befestigt. Der am anderen Ende des Verbindungselements 30 ausgebildete Trägerabschnitt 70 ist nach außen gekrümmt und ist über die Krümmung an die Elektrode 6 buckelgeschweißt.
In 24 ist ein Verbindungselement 30 durch den an einem Ende des Verbindungselements 30 ausgebildeten Nagelabschnitt 68 am Zuleitungsdraht 20 befestigt und ist durch Verstemmen von außen des am anderen Ende des Verbindungselements 30 ausgebildeten Elektrodenhalteabschnitts 70 an der Elektrode 6 befestigt. Der Spalt zwischen der Elektrode 6 und dem Verbindungselement 30 kann punktverschweißt sein.
In 25 ist ein Verbindungselement 30 durch den an einem Ende des Verbindungselements 30 ausgebildeten Nagelabschnitt 68 am Zuleitungsdraht 20 befestigt und ist durch den Eingriff eines Innengewinde-Abschnitts, der am anderen Ende des Verbindungselements 30 ausgebildet ist, in einem Außengewinde-Abschnitt, der am oberen Abschnitt der Elektrode 6 ausgebildet ist, an der Elektrode 6 angebracht.
In 26 ist der Zuleitungsdraht 20 direkt an der Elektrode 6 angeschweißt.
In 27 ist ein Ende der Elektrode 6 in zylindrischer Form ausgebildet; in den zylindrischen Abschnitt ist ein Ende des Zuleitungsdrahts 20 eingeführt; der zylindrische Abschnitt ist von außen verstemmt; dadurch ist der Zuleitungsdraht 20 an die Elektrode angeschlossen.
28 zeigt eine Ausführungsform, in der eine Elektrode 6 und ein Zuleitungsdraht 20 rechtwinkelig verbunden sind. Eine schraubenmutterförmiges Verbindungselement 30 ist mit einem Ende des Zuleitungsdrahts 20 verbunden, und das Verbindungselement 30 ist unter Einsatz eines Bolzens 52 mit einem der Ende der Elektrode 6 verbunden.
29 zeigt, gleich wie 28, eine Ausführungsform, in der eine Elektrode 6 und ein Zuleitungsdraht 20 rechtwinkelig verbunden sind. An einem Ende des Zuleitungsdrahts 20 ist ein Elektrodenhalteabschnitt 70 mit einem Loch 54 ausgebildet, das zur Aufnahme eines Endes der Elektrode 6 fähig ist, und das Loch 54 und das eine Ende der Elektrode 6 greifen ineinander und sind miteinander verbunden.
Bewertung
Der folgende Wasserabsorptionstest wurde mit der Elektrodenstruktur aus 1 (eine Ausführungsform der vorliegenden Elektrodenstruktur) und der in 21(a) gezeigten herkömmlichen Elektrodenstruktur durchgeführt.
Der Wasserabsorptionstest wurde durchgeführt, indem die Elektrodenstruktur in einem Zustand 100%iger Feuchtigkeit stehen gelassen wurde und die Veränderungen des Isolationswiderstands zwischen Elektrode und Umhüllung im Laufe der Zeit gemessen wurden. Ergebnis dessen war, dass die vorliegende Elektnodenstruktur einen hohen Isolationswiderstand von 1 MΩ oder aufwies, selbst nachdem sie 200 Minuten stehen gelassen worden war; im Gegensatz dazu nahm der Isolationswiderstand der herkömmlichen Elektrodenstruktur nach 30 Minuten des Stehenlassens auf weniger als 1 MΩ ab.
Wie zuvor gesagt ist die Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung, in die ein damit verbundenes Ende eines Zuleitungsdrahtes eingeführt wird, in Bezug auf die Anordnungseffizienz, die elektrische Isolierung, der Gasdichtheit und der Wasserdichtheit höherwertig. Wird nun ein Fahrzeug mit einer elektrischen Heizvorrichtung, die eine derartige elektrische Struktur verwendet, durch Pfützen oder während einer Überschwemmung gefahren, so kommt es zu keinem Anhaften von Wasser an die Elektrode und eine Fehlfunktion der Heizvorrichtung kann verhindert werden.

Claims

Anordnung, umfassend eine Elektrodenstruktur und eine leitfähige Substanz, wobei: a) die Elektrodenstruktur Folgendes umfasst: eine Metallelektrode (6, 78); eine Umhüllung (4, 76) zur Aufnahme und zum Festhalten der Elektrode und eines Endes eines Zuleitungsdrahts (20, 90), der mit der Elektrode verbunden ist; ein Isolierelement (18, 80), das sich zwischen der Elektrode und der Umhüllung befindet, um die Isolierung zwischen der Elektrode und der Umhüllung zu gewährleisten; und b) die leitfähige Substanz in einem Metallgehäuse (2, 73) untergebracht ist und mit der Elektrodenstruktur zur Anlegung von Elektrizität an die leitfähige Substanz verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung über einen oberen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser des Rests der Umhüllung verfügt, und dass die Elektrodenstruktur ein wasserdichtes Element (22, 91) aufweist, das sich zwischen der Umhüllung und dem Zuleitungsdraht (20, 90) am oberen Abschnitt der Umhüllung und entfernt vom Isolierelement befindet, um den Durchtritt von Wasser durch den Spalt zwischen der Umhüllung und dem Zuleitungsdraht zu verhindern.
Anordnung nach Anspruch 1, worin die leitfähige Substanz eine metallische Wabenstruktur ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das wasserdichte Element eine wärmebeständige und isolierende organische Verbindung oder Glas ist.
Anordnung nach Anspruch 3, worin die organische Verbindung eine fluorhältige organische Verbindung ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Umhüllung am Abschnitt, der das wasserdichte Element kontaktiert, von außen gequetscht ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin eine Klebedichtung zwischen der Umhüllung und dem wasserdichten Element und/oder zwischen dem wasserdichten Element und dem Zuleitungsdraht bereitgestellt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Isolierelement aus einem ersten Isolator, einem zweiten Isolator und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Isolator eingefüllten anorganischen Pulver besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Isolierelement aus einem ersten Isolator, einem zweiten Isolator und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Isolator eingefüllten Dichtmassenmaterial besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, worin der erste Isolator und der zweite Isolator aus Keramik hergestellt sind.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Spalt zwischen der Elektrode und dem Isolierelement und der Spalt zwischen dem Isolierelement und der Umhüllung mit einem metallischen Dichtungsmaterial abgedichtet sind.
Anordnung nach Anspruch 10, welche weiters zwischen der Elektrode und der Umhüllung ein Federelement zur Absorption der Differenz der Wärmeausdehnung zwischen der Elektrode, der Umhüllung und dem Isolierelement sowie ein Presselement zur Übertragung der Last auf das Federelement umfasst.
Anordnung nach Anspruch 11, worin das Presselement eine in die Elektrode eingepasste Mutter ist.
Anordnung nach Anspruch 11, worin das Presselement durch Schweißen mit der Elektrode verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 11, worin das Presselement durch Quetschen mit der Elektrode verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Isolierelement ein isolierendes Beschichtungsmaterial ist, mit dem entweder die Elektrode oder die Umhüllung oder beide beschichtet sind.
Anordnung nach Anspruch 15, worin der Spalt zwischen der Elektrode und der Umhüllung mit einem anorganischen Pulver abgedichtet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Isolierelement ein isolierendes Beschichtungsmaterial ist, mit dem die Elektrode beschichtet ist, und der Spalt zwischen der Umhüllung und dem isolierenden Beschichtungsmaterial mit einem metallischen Dichtungsmaterial abgedichtet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Isolierelement ein isolierendes Beschichtungsmaterial ist, mit dem die Umhüllung beschichtet ist, und der Spalt zwischen der Elektrode und dem isolierenden Beschichtungsmaterial mit einem metallischen Dichtungsmaterial abgedichtet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, worin das isolierende Beschichtungsmaterial ein Aluminiumoxid ist und dieses plasmagespritzt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, worin das isolierende Beschichtungsmaterial ein Keramikmaterial ist.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 16, worin das anorganische Pulver durch Druckeinwirkung eingefüllt wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, worin der Zuleitungsdraht mit einem Hüllmaterial umhüllt ist, das auch als ein wasserdichtes Element dient.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin: eine erste Elektrode (72) mit einem Basisabschnitt der Elektrode (78) verbunden ist, der eine zweite Elektrode (78) ist; die zweite Elektrode (78) zylinderförmig ist; wobei das eine Ende des Zuleitungsdrahts (89) mit einem oberen Endabschnitt der zweiten Elektrode verbunden ist; das Isolierelement (80) wärmebeständig ist und von der zweiten Elektrode durchbohrt ist, und das wasserdichte Element ein Gummidichtungselement (91) ist, wobei die Anordnung weiters einen wärmebeständigen, elastischen Isolator (88) umfasst, der zumindest einen Abschnitt der zweiten Elektrode (78) abdeckt.
Anordnung nach Anspruch 23, worin die Länge der Umhüllung 40 mm oder mehr beträgt.
Anordnung nach Anspruch 23 oder 24, worin die zweite Elektrode mithilfe des elastischen Isolators oder des Isolierelements an der Umhüllung angebracht ist und an der ersten Elektrode mit einem Gewinde befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 25, worin das Keramikpulver in einem Spalt zwischen dem Isolierelement und der zweiten Elektrode eingefüllt ist und der Glasisolator sich zwischen der Umhüllung und der zweiten Elektrode befindet.
Anordnung nach Anspruch 23 oder 24, worin der obere Endabschnitt der zweiten Elektrode so geformt ist, dass er die Form eines Hexagons, eines Rechtecks oder eines hexagonalen Lochs aufweist.
Anordnung nach Anspruch 23 oder 24, worin der Basisabschnitt der zweiten Elektrode mit der ersten Elektrode durch Anschweißen verbunden ist.
Elektrische Heizvorrichtung, die eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 28 umfasst.