Title:
Hochtemperaturstabile Drahtummantelung und Verfahren zur Herstellung
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine hochtemperaturstabile spritzgussformbare flexible Anschlussdrahtummantelung, vorzugsweise zum Einsatz für eine elektrisch isolierende Drahtzuführung in einem Hochtemperaturfühler. Dabei werden im Spritzgussverfahren die elektrischen Zuleitungen zu einem Messelement mit Polymerkeramik umspritzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Drahtzuführungen in ein Spritzwerkzeug eingelegt, welches die Negativform der tonnenförmigen Einzelelemente und von Umspritzungen der Drahtzuführungen zwischen den tonnenförmigen Einzelelementen als konkave Ausnehmungen aufweist. Nachdem die Drahtzuführungen in das Werkzeug eingelegt sind, wird die Drahtzuführung in an sich bekannter Weise mit flüssiger Polymerkeramik umspritzt.




Inventors:
Kiesewetter, Olaf, Dr. (98716, Geschwenda, DE)
Kiesewetter, Nils (98716, Geschwenda, DE)
Application Number:
DE102015206646A
Publication Date:
06/23/2016
Filing Date:
04/14/2015
Assignee:
UST Umweltsensortechnik GmbH, 98716 (DE)
International Classes:



Foreign References:
WO2012116683A22012-09-07
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Liedtke & Partner, 99096, Erfurt, DE
Claims:
1. Hochtemperaturstabile Drahtummantelung für eine elektrisch isolierte Drahtzuführungsanordnung mit zwei oder mehreren Einzeldrähten (1), wobei die Einzeldrähte (1) im Spritzgussverfahren erzeugte Umhüllungen (2) aus Polymerkeramik aufweisen, welche die Einzeldrähte (1) gemeinsam umschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte (1) von einer Drahtumhüllung (2.1) aus hochtemperaturbeständigen elektrisch isolierendem Material umgeben sind und sich zwischen den tonnenförmigen Umhüllungen 2 jeweils kurze Abschnitte befinden, die ebenfalls mit einer dünneren Polymerkeramikschicht umspritzt sind.

2. Drahtummantelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtumhüllung (2.1) aus Glasseide- oder Teflonschläuchen bestehen und die die Umhüllungen (2) in unterschiedlichen Abständen angeordnet sind und/oder unterschiedliche Größe aufweisen.

3. Drahtummantelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllungen (2) aus tonnenförmigen Einzelelementen bestehen.

4. Drahtummantelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Einzelelemente Verformungen angeordnet sind, in denen die Einzeldrähte (1) verlaufen.

5. Drahtummantelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungen durch Sicken (1.1) oder Wellungen gebildet sind.

6. Drahtummantelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte (1) zwischen benachbarten tonnenförmigen Einzelelementen Drahtumhüllungen (2.1) aus Polymerkeramik aufweisen, wobei deren Durchmesser geringer als der Durchmesser der tonnenförmigen Einzelelemente ist.

7. Drahtummantelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte (1) zwischen den tonnenförmigen Einzelelementen wellenförmige Verformungen aufweisen.

8. Drahtummantelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Drahtumhüllungen (2.1) versehenen Einzeldrähte (1) verdrillt oder verflochten sind.

9. Drahtummantelung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführungsanordnung zwei Einzeldrähte (1) aufweist, die koaxial angeordnet sind.

10. Verfahren zur Herstellung von Drahtummantelungen für Drahtzuführungen mit einem Spritzgussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Drahtumhüllung (2.1) versehenen Einzeldrähte (1) in ein Spritzwerkzeug eingelegt werden, welches die Negativform der tonnenförmigen Einzelelemente und der späteren Umspritzungen der Einzeldrähte (1) zwischen den tonnenförmigen Einzelelementen als konkave Ausnehmungen aufweist und anschließend flüssige Polymerkeramik eingebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeug Stifte (5) zur Fixierung der Drahtzuführungen in den tonnenförmigen Ausnehmungen angebracht werden.

Description:

Die Erfindung betrifft eine hochtemperaturstabile Drahtummantelung für eine elektrisch isolierte Drahtzuführungsanordnung mit zwei oder mehreren Einzeldrähten, wobei die Einzeldrähte im Spritzgussverfahren erzeugte Umhüllungen aus Polymerkeramik aufweisen, welche die Einzeldrähte gemeinsam umschließen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Die Erfindung ist für die Anschlussdrahtummantelung der elektrischen Zuleitungen von Hochtemperaturbauelementen wie Temperaturfühler Gas- und Rußsensoren geeignet, wobei die Zuleitungen mindestens zwei elektrische Einzelleiter enthalten.

Bei der Konstruktion von Hochtemperaturbauelementen, die für den Einsatz in Temperaturbereichen bis 1050°C geeignet sind, besteht die Notwendigkeit der elektrischen Isolierung der Zuleitungen, sowie der mechanischen Stabilisierung dieser hinsichtlich Schwingungsfestigkeit, mit Materialien, die bis zu 600°C temperaturstabil sind.

Bekannte Lösungen nutzen hierzu meist keramische Isolierungen, z.B. Keramikkapillarrohre, welche über die Drähte gefädelt werden müssen und anschließend in einem geeigneten Gehäuse, z.B. aus hochtemperaturfesten Edelstählen, mit keramischen Pulvern ausgefüllt werden.

Eine weitere Möglichkeit ist die Isolierung mittels Glasseideschläuchen. Beide genannten Möglichkeiten sind kostenaufwendig in ihrer Anwendung und in automatisierten Prozessen nur schwierig einsetzbar.

Aus WO 2012/116683 A2 ist ein Temperatursensor mit Kontaktdrähten in einem Metallrohr bekannt, bei dem an den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt Distanzkörper angeordnet sind, um die Kontaktdrähte in einer vorbestimmten Distanz zur Innenwand des Metallrohres zu halten. Jeder Distanzkörper ist eiförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser des Ei-Bauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres ist. Die Distanzkörper sind an die Kontaktdrähte geformte Spritzgussteile aus Polymerkeramik. Nachhaltig ist, dass die Biegung beim Montieren nur in eine Richtung möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Drahtummantelung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine hohe Funktionssicherheit im Hochtemperaturbereich gewährleistet und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein dazu geeignetes Verfahren anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Drahtummantelung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen und mit einem Verfahren mit den im Anspruch 10 genannten Merkmalen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Drahtummantelung sind die Einzeldrähte von einer Drahtumhüllung aus hochtemperaturbeständigen elektrisch isolierendem Material umgeben. Zwischen den Umhüllungen befinden sich jeweils kurze Abschnitte, in denen die Einzeldrähte ebenfalls mit einer dünneren Polymerkeramikschicht umspritzt sind. Die Umspritzungen können gemeinsam in einem Arbeitsgang ausgeführt werden. Damit kann die Drahtummantelung kostengünstig erzeugt werden, die eine funktionssichere Isolierung auch bei Biegungen in beliebige Richtungen eines die Drahtummantelung umschließenden Metallrohres gewährleistet. Ein Einfädeln der Einzeldrähte in die Umhüllungen entfällt.

Die zugehörigen Drahtzuführungen können zwei, drei oder vier Einzeldrähte enthalten.

Die Drahtumhüllung bestehen vorzugsweise aus Glasseide- oder Teflonschläuchen oder PEEK.

Die Umhüllungen können in unterschiedlichen Abständen angeordnet sein und/oder unterschiedliche Größe aufweisen.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, die Umhüllungen als tonnenförmige Einzelelemente zu gestalten.

Die polymerkeramische Ummantelung zeichnet sich durch konstruktive Anpassungsfähigkeit und günstige Automatisierungsfähigkeit mit damit verbundener Kostensenkung aus.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass innerhalb der Einzelelemente Verformungen angeordnet sind, in denen die Drahtzuführung verläuft, insbesondere sind die Verformungen durch Sicken oder Wellungen gebildet, um theoretische Längenausdehnungsunterschiede zu kompensieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Drahtzuführungen zwischen benachbarten tonnenförmigen Einzelelementen ebenfalls mit Umhüllungen aus Polymerkeramik versehen sind, wobei deren Durchmesser geringer als der Durchmesser der tonnenförmigen Einzelelemente ist.

Ferner ist es möglich, dass die Drahtzuführungen zwischen den tonnenförmigen Einzelelementen wellenförmige Verformungen aufweisen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung entsteht dadurch, dass die mit Drahtumhüllungen versehenen Einzeldrähte verdrillt oder verflochten sind. Damit können thermische Längenausdehnungen kompensiert werden. Außerdem werden Biegungen der Drahtzuleitungen ermöglicht, ohne dass die Einzelleitungen beschädigt werden.

Ferner ist es möglich, dass die Drahtzuführungsanordnung zwei Einzelleiter aufweist, die koaxial angeordnet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Drahtzuführungen in ein Spritzwerkzeug eingelegt, welches die Negativform der tonnenförmigen Einzelelemente und der Umspritzungen der Drahtzuführungen zwischen den tonnenförmigen Einzelelementen als konkave Ausnehmungen aufweist. Nachdem die Drahtzuführungen in das Werkzeug eingelegt sind, wird die Drahtzuführung in an sich bekannter Weise mit flüssiger Polymerkeramik umspritzt, die im Werkzeug innerhalb kürzester Zeit aushärtet und nicht wieder erweichbar ist.

Vorteilhafterweise sind im Werkzeug Stifte zur Fixierung der Drahtzuführungen in den tonnenförmigen Ausnehmungen angebracht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Im Beispiel wird eine Baugruppe erläutert, die in einem automotiv einsetzbaren Hochtemperaturfühler verwendet werden kann.

Darin zeigen:

1 eine Sensorbaugruppe mit ummantelten Drahtzuführungen,

2 eine Schnittdarstellung von tonnenförmigen Einzelelementen,

3 eine Anordnung mit verdrillten Einzelleitern und

4 eine Leitungsgestaltung mit tonnenförmigen Einzelelementen. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt die Ansicht auf eine Baugruppe mit einer Drahtzuführung, die zwei Einzeldrähte 1 enthält. Die Einzeldrähte 1 sind mit einer hier nicht dargestellten Drahtisolierung 1.2 versehen und mit Umhüllungen 2 aus Polymerkeramik umspritzt. Im hier dargestellten Beispiel bestehen die Umhüllungen 2 aus tonnenförmigen Einzelelementen, die in Form einer Perlenkette angeordnet sind, wobei sich zwischen den tonnenförmigen Umhüllungen 2 jeweils kurze Abschnitte befinden, die ebenfalls mit einer dünneren Polymerkeramikschicht umspritzt sind. Die Anordnung stellt ein elektrisch isolierendes, mechanisch stabilisierendes und biegsames Gebilde dar. Die gesamte Baugruppe besteht aus der umspritzten Drahtzuführung mit den tonnenförmigen Umhüllungen 2, einem Befestigungsteil 3 und einem Sensorträger 4. Das Befestigungsteil 3 ist in diesem Fall ein hochtemperaturfestes Edelstahldrehteil und der Sensorträger besteht aus einer geschlossenen Keramikhülse, in der sich ein Platin-Widerstandsmesselement befindet, der somit bestmöglich gegen Umweltbeanspruchungen geschützt ist. Anstelle eines Platin-Widerstandmesselements können auch andere geeignete Sensoren, beispielsweise Rußsensoren oder Hochtemperatursensoren, verwendet werden. Die Baugruppe ist damit so ausgestaltet, dass sie sich in ein gebogenes Rohr einfädeln lässt oder in ein gerades Rohr, welches nach dem Einfügen der Baugruppe gebogen wird. Die Biegsamkeit wird dadurch erreicht, dass die Zwischenräume zwischen den stabilen tonnenförmigen Einzelelementen 2 nur eine dünne Ummantelung aufweisen, die leicht verformbar ist. Das Umspritzen der Baugruppe erfolgt in einem speziellen Spritzgussverfahren mit einem Spritzgusswerkzeug, welches die Negativform des späteren Bauteils darstellt. Beim Umspritzen wird gleichzeitig eine formschlüssige Verbindung zum Befestigungselement 3 erzeugt, welches im späteren Einbau mit einer Überwurfmutter an einer vorgesehenen Schnittstelle befestigt werden kann.

2 erläutert den Aufbau der tonnenförmigen Einzelelemente.

In 2a ist in einer Schnittdarstellung die aus zwei Einzelleitern bestehende Drahtzuführung 1 mit der tonnenförmigen Umspritzung aus Polymerkeramik gezeigt.

2b ist eine Schnittdarstellung, wobei der Schnitt rechtwinklig zur in 2a dargestellten Anordnung verläuft. Hier ist ersichtlich, dass die Drahtzuführung 1 eine Sicke 1.1 aufweist. Die Sicke 1.1 ermöglicht eine richtungsorientierte Stabilisierung des Drahtes und erleichtert dessen Einlegen in das Spritzwerkzeug.

In 3 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Einzelleiter verdrillt sind.

Aus 4 ist die Herstellung einer erfindungsgemäßen Drahtzuführung 1 ersichtlich.

4a erläutert in einer Schnittdarstellung die Fixierung der Einzeldrähte einer Drahtzuführung 1 im Spritzwerkzeug. Um sicherzustellen, dass die unisolierten Einzeldrähte sowohl während der Herstellung der Baugruppe als auch bei deren Anwendung sich nicht berühren können, sind im Spritzwerkzeug Stifte 5 angeordnet. Beim Einlegen der Drähte werden diese zwischen die Stifte 5 gelegt, so dass diese im Werkzeug einen definierten Abstand gewährleisten, der sich beim nachfolgenden Spritzvorgang nicht verändern kann, sodass das fertige Bauteil durch die Polymerkeramik gegeneinander isolierte Einzeldrähte aufweist.

4b zeigt einen Schnitt durch eine Ausführung, bei der ein Einzeldraht der Drahtzuführung 1 innerhalb eines Einzelelementes 2 mit einer Sicke 1.1 versehen ist. Dadurch sind die Einzeldrähte formschlüssig gegen Verschieben in den tonnenförmigen Einzelelementen 2 gesichert

In 4c ist eine Ausführung gezeigt, bei der die gegeneinander isolierten Einzeldrähte außerhalb der Einzelelemente 2 mit einer Sicke 1.1 versehen sind. Dies ermöglicht eine Deformation der Drahtzuführung 1 in diesem Bereich, sodass die Drahtzuführung 1 beispielsweise gebogen werden kann, ohne dass Kräfte auf die Einzelelemente 2 übertragen werden. Außerdem werden Längenänderungen durch Temperaturveränderungen ausgeglichen.

Bezugszeichenliste

1
Einzeldraht
1.1
Sicke
1.2
Drahtisolierung
2
Umhüllung
2.1
Drahtumhüllung
3
Befestigungsteil
4
Sensorträger
5
Stift

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • WO 2012/116683 A2 [0006]