ЗАЩИЩЕННЫЙ ОТ ПРОВОРОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ, ПРЕЖДЕ ВСЕГО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ОБОГРЕВАЕМОГО СОТОВОГО ТЕЛА
ELECTRICAL CONNECTION SECURED AGAINST ROTATION, IN PARTICULAR FOR ELECTRICALLY HEATABLE HONEYCOMB BODY

Настоящее изобретение относится к области электрических компонентов в системе выпуска отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего автомобиля. Современные системы очистки ОГ часто содержат электрические компоненты, подводящие линии которых электрически изолированно должны проводиться в систему выпуска ОГ снаружи. Прежде всего, при компонентах, которые требуют относительно больших токов, например, электрически обогреваемых сотовых телах и тому подобном, требуется относительно массивный электрический соединитель, чтобы могли проводиться достаточно большие токи.
Типичное электрически обогреваемое сотовое тело известно, например, из ЕР 0783621 В1. Такое сотовое тело имеет по меньшей мере один электрический соединитель, который до сих пор выполняется по существу вращательно-симметричным.
Из WO 97/47057 также известно специальное выполнение такого соединителя с электрическим проводником и проходной втулкой, от которой электрический проводник изолирован посредством изолирующего слоя. Электрический проводник имеет внешний соединительный участок с контактной поверхностью для соединения с соединительным элементом подводящей линии, причем в описанном случае соединительный участок имеет слегка коническую форму.
Настоящее изобретение исходит из этого уровня техники. Электрические компоненты в системе выпуска ОГ в процессе эксплуатации часто подвержены высоким температурам, что относится и к электрическим соединителям, так как электрическая проводимость обычно сопровождается теплопроводностью, так что даже находящиеся вне металлической оболочки детали электрического соединителя могут быть очень горячими. Следствием этого может быть окисление и/или коррозия контактных поверхностей или резьбы. Уже при закреплении соединительного элемента на соединительном участке, прежде всего, если оба имеют коническую форму, даже в новом состоянии к электрическому соединителю должны прилагаться определенные силы. Поскольку внутри или снаружи на электрическом соединителе расположена коаксиальная резьба, при затягивании винта или гайки к электрическому соединителю должны прилагаться вращающие моменты. Здесь оказывается, что вращательно-симметричное расположение, при котором электрический проводник обычно окружен керамическим изолирующим слоем, прежде всего спрессованным керамическим порошком, действующими на электрический проводник вращающими моментами может быть повреждено или даже разъединено. Обычно электрический проводник и внутри системы выпуска ОГ электрически проводящим образом соединен с электрическим компонентом, прежде всего сварен или спаян, причем ни это место соединения, ни электрический компонент не могут и не должны выдерживать большие вращающие моменты.
Поэтому до сих пор является обычным ограничивать при монтаже применяемые вращающие моменты, что, однако, при соединительных участках конической формы ограничивает давление на единицу поверхности. Еще более проблематичной является ситуация при последующем обслуживании или другом ремонте, при котором соединитель должен быть отсоединен. Необходимые для этого вращающие моменты могут быть значительно выше, чем при монтаже, так что может произойти повреждение электрического компонента или проходной втулки или же электрической изоляции.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать просто сконструированный электрический соединитель, который предотвращает или уменьшает описанные проблемы и, прежде всего, позволяет снабжать большими электрическими токами чувствительные компоненты, которые не могут выдерживать большие вращающие моменты, внутри системы выпуска ОГ.
Для решения этой задачи служит электрический соединитель по независимому пункту 1 или независимому пункту 2 формулы изобретения. Благоприятные варианты указаны в зависимых пунктах формулы, причем эти варианты могут быть использованы отдельно или в технически рациональных комбинациях. Кроме того, признаки формулы изобретения могут комбинироваться с признаками описания и определять другие формы осуществления изобретения.
Оба варианта электрического соединителя исходят из той идеи, что при монтаже, демонтаже и эксплуатации снаружи к электрическому соединителю могут прилагаться необходимые вращающие моменты, без того, чтобы при этом повреждались проходная втулка или электрические компоненты внутри.
Поставленная задача решается электрическим соединителем для электрического компонента в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, имеющей металлический кожух, через который посредством проходной втулки, имеющей геометрическую центральную ось, пропущен электрический проводник, причем электрический проводник имеет по меньшей мере один круглый в поперечном сечении внешний соединительный участок с контактной поверхностью для соединения с соединительным элементом подводящей линии или коаксиальную центральной оси проходной втулки внутреннюю или внешнюю резьбу, и по меньшей мере проходная втулка или электрический проводник выполнены с возможностью восприятия вращающих моментов, действующих, по меньшей мере на соединительном участке или на внутренней или внешней резьбе, вращающих моментов, причем электрический проводник в области проходной втулки имеет предохранительные (стопорные) элементы для защиты от проворота, электрический проводник в области проходной втулки имеет отличающееся от круглой формы внешнее поперечное сечение, а проходная втулка, по меньшей мере по своей форме, служит в качестве детали, сопрягаемой с соответствующей областью электрического проводника, и изолирована от него керамическим изолирующим слоем.
В одном варианте электрического соединителя вращающие моменты, воспринимаемые по меньшей мере проходной втулкой или электрическим проводником, составляют до 8 Нм (ньютон-метр), предпочтительно - до 10 Нм, прежде всего - до 15 Нм.
2
2
2
В другом варианте электрического соединителя решается та же задача, но в зависимости от размера контактной поверхности, то есть, в зависимости от обычно передаваемой силы тока. Это учитывает тот факт, что есть меньшие и большие электрические компоненты с меньшим или большим потреблением мощности, так что воспринимаемые силы устанавливаются в отношении к контактной поверхности. В этом варианте вращающие моменты, воспринимаемые по меньшей мере проходной втулкой или электрическим проводником, составляют до 3,6 Нм (ньютон-метр) на см (квадратный сантиметр) контактной поверхности, предпочтительно - до 4,5 Нм/см, прежде всего - до 7 Нм/см.
Согласно изобретению проходная втулка или же электрический проводник, прежде всего в области проходной втулки, выполняется так, что могут восприниматься большие вращающие моменты, чем обычно допустимые до сих пор. Это позволяет предотвращать повреждения проходной втулки или электрического компонента даже при применении больших вращающих моментов могут быть предотвращены. Соответственно, технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении нагрузочной способности соединителя на кручение.
Если при вращательно-симметричном расположении при применении больших вращающих моментов на электрический проводник существует, в частности, риск того, что он будет поворачиваться внутри проходной втулки в электрическом изолирующем слое, в результате чего вращающий момент может быть перенесен на электрический компонент внутри и там причинить ущерб, то в предложенном решении соединителя повреждение предотвращается, если электрический проводник в области проходной втулки оснащается предохранительными элементами, т.е. средствами защиты от проворота.
Как указано выше, электрический проводник в области проходной втулки имеет отличающееся от круглой формы внешнее поперечное сечение, прежде всего овальную или многоугольную форму поперечного сечения. В этом случае форме для проворота требуются намного большие силы, так как, по меньшей мере, часть изолирующего слоя при провороте должна была бы быть захвачена. Уже отличающееся от круглой формы внешнее поперечное сечение электрического проводника без прочих изменений на проходной втулке достигает значительного эффекта. Он естественно усиливается, если и сама проходная втулка имеет внутри соответствующее, отличающееся от круглой формы поперечное сечение.
Благодаря тому, что проходная втулка по своей форме служит в качестве детали, сопрягаемой с соответствующей областью электрического проводника, и электрически изолирована от него керамическим изолирующим слоем, прежде всего спрессованным керамическим порошком, достигается подобие передаваемого спрессованным керамическим порошком геометрического замыкания, которое, даже при большом вращающем моменте, почти исключает проворот.
Восприятие значительных вращающих моментов улучшается при выполнении электрического проводника, независимо от его общей формы поперечного сечения, с расположенной снаружи структурой, прежде всего проходящей в его продольном направлении и/или наклонно к нему структурой, прежде всего канавками, бороздками, ребрами и/или возвышениями. Таким образом значительно повышается сцепление в изолирующем слое, прежде всего, если возвышения, например ребра, вдаются в изолирующий слой.
Независимо от форм поперечного сечения проводника и проходной втулки электрический проводник в области проходной втулки может взаимодействовать с проходной втулкой посредством по меньшей мере одного шпоночного соединения, проходящего в продольном направлении. Так, электрический проводник в области проходной втулки может иметь по меньшей мере одну взаимодействующую с проходной втулкой по принципу «паз и шпонка» структуру в продольном направлении.
Другой аспект изобретения заключается в том, что электрический проводник, наряду с описанными до сих пор свойствами, должен проводиться наружу герметично. Герметичность может быть улучшена за счет того, что электрический проводник в области проходной втулки имеет по меньшей мере один проходящий в периферическом направлении выступ, который, предпочтительно, взаимодействует с соответствующей противоположной структурой проходной втулки. Эта конструкция приводит не только к чему-то вроде лабиринтного уплотнения, но и увеличивает фрикционные поверхности между электрическим проводником и изолирующим слоем, в результате чего одновременно увеличивается воспринимаемый вращающий момент. Поэтому одна или несколько следующих одна за другой таких структур одновременно повышают герметичность проходной втулки и защиту от проворота.
Описанные конструктивные формы согласно изобретению особо подходят для электрического соединителя с соединительным участком, выполненным коническим с возможностью его самотормозящего сопряжения с соответственно выполненным соединительным элементом. По выполнению таких самотормозящихся соединений в полном объеме делается ссылка на соответствующие конструктивные решения WO 97/47057, которые здесь могут быть привлечены для пояснения.
Чтобы сжать такой соединительный участок с соединительным элементом, электрический проводник над коническим соединительным участком может иметь внешнюю резьбу под гайку, навинчиваемую для затягивания соединительного элемента, или внутреннюю резьбу под винт, ввинчиваемый для затягивания соединительного элемента.
Изобретение делает возможным применение больших вращающих моментов и тем самым больших давлений на единицу поверхности при одинаковой конусности соединительного участка по сравнению с обычными системами и позволяет, прежде всего, также производить демонтаж даже при окисленной резьбе или соединительном участке без того, чтобы при этом повреждался электрический компонент.
В качестве дополнения или замены для описанных до сих пор форм осуществления изобретения, в соответствии с другим аспектом изобретения на электрическом проводнике (над проходной втулкой) может быть предусмотрено средство приложения противоположного вращающего момента, которое помогает предотвращать проворот электрического проводника в проходной втулке посредством оказания сопротивления соответствующим инструментом (создание противоположного вращающего момента). В простейшем случае речь идет о многогранном, предпочтительно шестигранном, в поперечном сечении участке электрического проводника, на котором для оказания сопротивления может действовать гаечный ключ или аналогичный инструмент. Здесь оказание сопротивления означает создание момента, противодействующего моменту, действующему на электрическом проводнике второго вращающего момента.
Изобретение находит применение, прежде всего, в автомобиле с ДВС и интегрированным в систему выпуска ОГ электрически обогреваемым сотовым телом.
Дополнительные детали и преимущества изобретения в дальнейшем показываются на нескольких примерах осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Показано на:
Фиг. 1: схематическое представление системы выпуска ОГ ДВС с электрическим компонентом и электрическим соединителем перед сборкой,
Фиг. 2: первый пример осуществления изобретения с некруглым поперечным сечением электрического проводника и проходной втулки,
Фиг. 3: второй пример осуществления изобретения с шестиугольным поперечным сечением электрического проводника и проходной втулки,
Фиг. 4: еще один пример осуществления изобретения с взаимодействующим по принципу «паз и шпонка» электрическим проводником и проходной втулкой,
Фиг. 5: еще один пример осуществления изобретения с внешней структурой на электрическом проводнике в области проходной втулки,
Фиг. 6: конструктивный пример проходной втулки со структурой по периметру,
Фиг. 7: конструктивный пример электрического проводника со структурой по периметру, соответствующей проходной втулке согласно фиг. 6,
Фиг. 8: продольный разрез через еще один пример осуществления изобретения в области проходной втулки,
Фиг. 9: поперечный разрез через фиг. 8 вдоль линии IX-IX,
Фиг. 10: схематический внешний вид части проходной втулки согласно фиг. 8,
Фиг. 11: схематический вид электрического соединителя с дополнительным средством оказания сопротивления.
Следует указать на то, что фигуры являются схематическими с частично обозначенной перспективой и при этом показывают отдельные детали не обязательно в соответствии с масштабом.
На фиг. 1 показан электрический соединитель 1 перед встройкой в кожух 3 системы 10 выпуска ОГ ДВС 11 и перед соединением с расположенным в кожухе 3 электрическим компонентом 2. Электрическим компонентом 2, предпочтительно, является электрически обогреваемое сотовое тело 12, которое после его встройки по электрическому проводнику 4 должно снабжаться током. Для этого электрический проводник 4 проводится через кожух 3 посредством проходной втулки 5, от которой он электрически изолирован. Внутри электрический проводник 4 соединяется с электрическим компонентом 2. Снаружи он имеет соединительный участок 7, который имеет контактную поверхность 8 и в этой области (поперек продольного направления 19) имеет круглое поперечное сечение 18. Однако соединительный участок 7 может иметь, предпочтительно, слегка коническую форму, так чтобы соединительный элемент 14 с соответствующим коническим отверстием самотормозящимся образом надвигался на соединительный участок 7. Силы прижима в области контактной поверхности 8 могут быть увеличены и отрегулированы посредством затягивания гайки 16 на внешней резьбе 9, или же посредством затягивания не показанного винта в не показанной внутренней резьбе в электрическом проводнике 4. Таким образом подводящая линия 15 может быть надежно соединена с электрическим проводником 4, так что электрический соединитель 1 может воспринимать токи в 30 и больше ампер, вплоть до нескольких сотен ампер. В то время как по уровню техники такой электрический соединитель в общем был образован вращательно-симметрично вокруг геометрической центральной оси 13, электрический соединитель 1 согласно изобретению имеет средство 82 для увеличения воспринимаемого проходной втулкой 5 вращательного момента. Возможности осуществления таких предохранителей от проворота в качестве примера показаны на следующих фигурах.
На фиг. 2 показана возможность выполнения электрического соединителя 4 с отличающимся от круглой формы в области проходной втулки 5 внешним поперечным сечением 21, причем, предпочтительно, в то же время и внутреннее поперечное сечение 22 проходной втулки 5 соответствующим образом отличается от круглой формы. Изолирующий слой 6, который, предпочтительно, состоит из спрессованного керамического порошка, является почти несжимаемым, так что в результате показанного формообразования электрического проводника 4 и проходной втулки 5 проворот электрического проводника 4 даже при очень больших вращающих моментах практически исключен.
На фиг. 3 показан электрический проводник 4 с шестиугольным внешним поперечным сечением 31 в области проходной втулки 5, причем проходная втулка 5 имеет соответственно расположенное шестиугольное внутреннее поперечное сечение 32. Между ними также расположен изолирующий слой 6. Эта фигура является примером для любого вида многоугольных поперечных сечений 18, которые все повышают защиту от проворота.
Другой пример осуществления изобретения показан на фиг. 4, которая иллюстрирует взаимодействие шпонки 41 на электрическом проводнике 4 с пазом 42 на внутренней стороне проходной втулки 5. Один или несколько проходящих в продольном направлении электрического проводника 4 предохранителей от проворота в виде взаимодействующих паза 42 и шпонки 41 также увеличивают воспринимаемые проходной втулкой 5 вращающие моменты.
Еще один пример осуществления представлен на фиг. 5, на которой при разрезанной вдоль проходной втулке 5 схематически показан электрический проводник 4 с его внешними свойствами. Согласно изобретению область электрического проводника 4 внутри проходной втулки 5 снабжена структурами 51, в данном случае скрещивающимися, проходящими наискось ребрами. Эта структура 51 приводит к существенно повышенному трению сцепления между электрическим проводником 4 и изолирующим слоем 6, что означает повышенную защиту от проворота. На фиг. 5 также показан конический соединительный участок, который предоставляет контактную поверхность 8. На конце электрического проводника 4 обозначена внешняя резьба 9.
Еще один пример осуществления изобретения показан на фиг. 6 и 7, причем дело не обязательно в точной форме поперечного сечения представленных деталей. На фиг. 6 показана проходная втулка, в данном случае с приблизительно прямоугольным поперечным сечением 18, по меньшей мере, с расположенной по периметру внутри полой структурой 62, но которая в данном случае видима и снаружи.
На фиг. 7 показан соответственно выполненный электрический проводник 4 для представленной на фиг. 6 формы проходной втулки 5. Этот электрический проводник 4 имеет выступ 71 по внешнему периметру, который может взаимодействовать с полой структурой 62 по внутреннему периметру. Наряду с уже имеющейся за счет формы поперечного сечения надежностью от проворота, даже при круглых формах поперечного сечения взаимодействие выступа 71 по периметру снаружи и полой структурой 62 по периметру внутри приводило бы к дополнительной защите от проворота за счет усиления трения с изолирующим слоем 6. Но, к тому же, повышается герметичность в проходной втулке 5, так как один или, возможно, и несколько следующих друг за другом выступов или же полых структур по периметру образуют что-то вроде лабиринтного уплотнения и приводят к дополнительному сжатию изолирующего слоя 6, что (в обоих случаях) является благоприятным для герметичности.
На фиг. 8, 9 и 10 показан еще один пример осуществления изобретения, в котором электрический проводник 4 по существу с круглым внешним поперечным сечением и проходная втулка 5 также с круглым внутренним поперечным сечением в нескольких местах соединены между собой как бы с геометрическим замыканием посредством выступов 82 в проходной втулке и соответственно расположенных углублений 81 в электрическом проводнике 4 через изолирующий слой. Такие выступы 82 и углубления 81 могут быть дополнительно нанесены на выполненных вращательно-симметрично проходных втулках 5 снаружи и простым образом повышают надежность от проворота.
На фиг. 8 показан схематический продольный разрез через такую конфигурацию, на фиг. 9 схематический поперечный разрез вдоль линии IX-IX через фиг. 8, и на фиг. 10 вид снаружи на проходную втулку 5 в области выступов 82.
На фиг. 11 показано еще одно соответствующее изобретению решение для предотвращения проворота электрического проводника 4 и/или изоляции 6 в проходной втулке 5. Средство 17 оказания сопротивления, здесь в виде шестигранного участка электрического проводника 4, предпочтительно наваренная гайка, может посредством гаечного ключа воспринимать вращающие моменты, которые противодействуют действующему на соединительном участке 7 или внутренней или внешней резьбе вращающему моменту. Такое средство 17 оказания сопротивления, предпочтительно, может иметь в диаметре большие размеры, чем электрический проводник и образовывать что-то вроде краевого выступа с необходимым для электрической изоляции расстоянием от проходной втулки 5. При эксплуатации это поддерживает теплоотвод из электрического проводника и тем самым еще и уменьшает температуру контактной поверхности 8 на соединительном участке 7.
Настоящее изобретение делает электрические соединители для электрических компонентов в системе выпуска ОГ менее чувствительными к прилагаемым извне вращающим моментам, что упрощает монтаж, обслуживание и ремонт. Кроме того, становится возможным выполнять также и чувствительные электрические компоненты в системе выпуска ОГ менее стойкими к переносимым снаружи внутрь вращающим моментам. Это улучшает конструктивные возможности для недорогих электрических компонентов, прежде всего электрически обогреваемых сотовых тел в системах нейтрализации ОГ.