DE102010043773B4

DE102010043773B4 - Elektrische Durchführung für Hermetikverdichter

Info

Publication number: DE102010043773B4
Application number: DE102010043773.5A
Authority: DE
Inventors: Bernd Guntermann; Jochen Petzke; Thomas Alberternst; Eric Rooks
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: US20110186350A1; DE102010043773A1; US8525047B2

Abstract

Elektrische Durchführung für Hermetikverdichter mit einem elektrisch leitenden Anschlussstift (1) und einem elastischen Isolationselement (2), welche in einer Gehäuseöffnung (3) mittels eines Befestigungselementes (5) druckdicht verspannbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstift (1) und das Isolationselement (2) stofflich durch Aufvulkanisieren miteinander verbunden sind, so dass Anschlussstift (1) und Isolationselement (2) eine bauliche Einheit bilden und das Isolationselement (2) eine umlaufende, angeformte Ausstülpung (6) in Form der Außendichtfläche eines O-Rings aufweist, die mit einer Rille (11) in der Gehäuseöffnung (3) formschlüssig korrespondiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine druckdichte, elektrisch isolierende Gehäusedurchführung für einen elektrischen Anschluss, die insbesondere für Hermetikverdichter in Kältemittelkreisläufen einsetzbar ist.
In Hermetikverdichtern besteht das Problem des elektrischen Anschlusses und der damit verbundenen elektrischen Durchführung durch das Gehäuse des Hermetikverdichters verbunden mit dem Problem der Druckdichtheit der Durchführung, da eine Druckdifferenz zwischen Gehäuseinnerem und der Umgebung besteht.
Daher sind entsprechend druckdichte und zugleich gegen das Verdichtergehäuse elektrisch isolierende Durchführungen erforderlich.
Isolierende und druckdichte Gehäusedurchführungen, insbesondere zum Anschluss von Klimakompressoren, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt.
In der Regel werden diese elektrischen Gehäusedurchführungen durch Isolationskörper aus Glas oder Keramik in Kombination mit Dichtelementen, wie zum Beispiel O-Ringen oder Flachdichtungen, ausgeführt. Die elektrisch leitenden Anschluss- oder Leiterstifte sind durch das Isolationselement aus Glas beziehungsweise Keramik geführt. Dabei ist die Abdichtung zwischen Leiterstift und dem Isolationselement problematisch. Das Isolationselement wird von einer Metallhülse umschlossen. Die Metallhülse ist in einer Öffnung des Gehäuses eingebracht. Mit einer zusätzlichen elastischen Dichtung gegen das Gehäuse wird die Dichtheit der Leitungsdurchführung realisiert.
Aus der US 6,362,424 B1 geht eine derartige als hermetische Anschlussbaugruppe bezeichnete Leitungsdurchführung hervor.
Nachteilig sind die Dichtheit der Glas-Metallverbindung, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten, und die Zerbrechlichkeit von Glas oder Keramik bei mechanischen Beanspruchungen.
In der DE 33 24 466 C2 wird zur Überwindung dieser Nachteile deshalb vorgeschlagen, die Abdichtung durch ein Isolationselement aus elastischem Material, wie beispielsweise Elastomeren oder Thermoplasten, zu realisieren.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass eine dauerhafte Abdichtung zwischen Leitungsstift und dem elastischen Isolationselement nicht gewährleistet ist. Die Montage muss zudem sehr vorsichtig und sorgfältig erfolgen, um eine Beschädigung der Leitungsstifte und der Aufnahmeöffnung für diese zu vermeiden.
Ferner ist aus der DE 1 046 171 A eine gasdichte Leiterdurchführung für gasgekühlte elektrische Maschinen bekannt.
In der DE 1 916 318 A wird eine Vorrichtung zum Zonenschmelzen eines kristallinen Körpers, bei der koaxiale Leiterrohre voneinander durch eine Isolierstoffzwischenlage aus kaltvulkanisierendem Silikonkautschuk isoliert sind, beschrieben.
Aus der DE 1 189 666 A ist ein Verfahren zum Befestigen von elektrischen Heizkörpern in der Wandöffnung eines Behälters, bei welchem zwischen Rohrheizkörperschenkeln und der Wandöffnung ein elastischer Dichtkörper angeordnet wird, bekannt.
In der US 3 801 727 A wird ein elektrisches Transformatorgehäuse, das in einem Behälter angeordnet ist, beschrieben. Die Behälterwand weist Buchsen auf, durch die Stromleiter in den Behälter ragen, um den Transformator an externe Geräte anzuschließen.
Ferner wird in der US 2 235 429 eine elektrische Durchführung, die eine hermetische Abdichtung aufweist, beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zu überwinden und eine elektrische Leitungsdurchführung durch ein Gehäuse zu realisieren, die elektrisch isoliert und druckdicht mit dem Gehäuse verbunden werden kann und die darüber hinaus auch mechanischen Beanspruchungen sowie Temperaturen von circa 150°C standhält.
Zugleich soll die Lösung aus möglichst wenigen Einzelteilen aufgebaut sowie montagefreundlich und kostengünstig herstellbar sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine elektrische Durchführung für Hermetikverdichter mit einem elektrisch leitenden Anschlussstift und einem elastischen Isolationselement gelöst, welche in einer Gehäuseöffnung mittels eines Befestigungselementes druckdicht verspannbar angeordnet sind, wobei der Anschlussstift und das Isolationselement stofflich, durch Aufvulkanisieren, miteinander verbunden sind, so dass Anschlussstift und Isolationselement eine bauliche Einheit bilden und das Isolationselement eine umlaufende, angeformte Ausstülpung in Form der Außendichtfläche eines O-Rings aufweist, die mit einer Rille in der Gehäuseöffnung formschlüssig korrespondiert.
Die chemisch-physikalische beziehungsweise stoffliche Verbindung von Isolationselement und dem auch als Pin oder Leiterstift bezeichneten Anschlussstift ist einfach herstellbar, dauerhaft druckdicht und elektrisch isolierend. Die entsprechende Durchführung ist kostengünstig und widersteht in hohem Maße mechanischen Beanspruchungen. Durch Einsatz geeigneter Materialien kann die Temperaturbeständigkeit und die chemische Beständigkeit gewährleistet werden. Der Leiterstift und das Isolationselement bilden die bauliche Einheit der Durchführung.
Unter einer stofflichen Verbindung zwischen Elastomer beziehungsweise Kunststoff und Metall soll eine Verbindung über mehrere Schichten verstanden werden, die chemischer Natur ist. Auch eine stofflich vernetzte Verbindung zwischen Kunststoff und Metall ist vom Erfindungsgedanken umfasst.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Hülse vorgesehen, die mit dem Isolationselement verbundenen ist, wobei die Hülse derart geformt ist, dass sie mit dem Isolationselement formschlüssig verbunden ist. Die Hülse ist zur Einbringung der Spannung in das Isolationselement und zur axialen Abstützung mit diesem verbunden.
Weiterhin weist das Isolationselement vorteilhaft eine schlauchförmige Verlängerung auf, die den Gesamtisolationswiderstand erhöht.
Entsprechend einer Ausgestaltung ist das Isolationselement in die Öffnung des Gehäuses ganz oder teilweise einsteckbar und durch ein Befestigungselement am Gehäuse befestigbar. Durch das Einstecken in eine Gehäuseöffnung kann die Dichtfläche zum Gehäuse vergrößert werden und zugleich eine einfache Befestigung zum Beispiel durch Überwurfmutter, Hohlschraube oder Seegerring erfolgen.
Das Isolationselement ist durch das Befestigungselement zusammen verspannt im Gehäuse gehaltert. Damit kann durch den Druck auf das elastische Isolationselement die Dichtheit erhöht werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Isolationselement eine Ausformung zur Abdichtung gegen das Gehäuse auf. Die Ausformung kann beispielsweise als eine oder mehrere umlaufende Ausstülpungen realisiert sein, die mit der Form beziehungsweise der Kontur der Gehäuseöffnung korrespondieren, gegen die das Isolationselement abdichten soll. Die Ausstülpungen aus dem elastischen Material des Isolationselementes erfüllen die Funktion der Dichtung und sind beispielsweise in Form einer Flachdichtung oder einer Wulstdichtung ausgeführt. Ebenso vorteilhaft ist das Isolationselement mit einer konusartigen Form ausgebildet.
Eine bevorzugte Gestaltung der Form des Isolationselementes besteht in einer umlaufenden Ausstülpung mit der äußeren Kontur eines O-Ringes, der über einen Bereich von 180° ausgebildet ist. Die Gehäuseöffnung ist mit einer entsprechend korrespondierenden Rille versehen, die die O-Ring-Ausstülpung des Isolationselementes aufnimmt und damit die Dichtfunktion realisiert ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Leiterstift innerhalb des Gehäuses vom Isolationselement ummantelt. Damit ist eine gute Isolation des Leiterstiftes auch gegen das im Gehäuse befindliche Medium – bei Klimaanlagenkompressoren ein Kältemittel – gegeben. Zugleich ist der Leiterstift gegen Korrosion geschützt.
In einer vorteilhaften Ausbildung umschließt das Isolationselement die Verbindungsstelle von Leiterstift und Anschlusskabel. Diese vorzugsweise als Löt- oder Klemmverbindung ausgestaltete Verbindung ist somit gegen Korrosion geschützt. Das Anschlusskabel mit Isolator und Leiterstift ist als eine Einheit kostengünstig herstellbar und montagefreundlich ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung sind mehrere Anschlussstifte in ein Isolationselement integriert. Damit ist nur eine Durchführung für den elektrischen Anschluss des Verdichters durch das Gehäuse hindurch erforderlich. Die Montage verkürzt sich somit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht das Isolationselement aus eEPDM (epoxidierter Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), HNBR (Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk) oder Silikonkautschuk.
Diese Materialien sind dauerhaft elastisch und elektrisch isolierend sowie temperaturbeständig und kostengünstig.
Die Vorteile der Erfindung bestehen in der Kombination einer elastischen Ausgestaltung einer elektrischen Durchführung verbunden mit einer konstruktiv einfachen und stabilen sowie kostengünstigen Ausführung.
Durch die elastische Ausgestaltung der Durchführung mittels des elastischen Isolationselementes werden Schwingungen gedämpft und zusätzlich wird es leichter möglich, Toleranzen in der Einbau- oder Anschlussposition einzuhalten beziehungsweise auszugleichen. Es können somit Positionsfehler der zu- und abführenden Kontaktelemente kompensiert werden.
Die Integration des Dichtelementes in das Isolationselement führt zu einer Verringerung der Komponenten und damit auch zu einer Kosteneinsparung an Teilekosten ebenso wie Einsparungen durch den verringerten Montageaufwand durch die reduzierte Teileanzahl.
Weiterhin lässt sich die erfindungsgemäße Durchführung durch eine vereinfachte Technologie deutlich kostengünstiger produzieren.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Materialkombinationen besteht auch darin, dass besser elektrisch leitende Materialien für die Pins, auch als Anschlussstifte bezeichnet, verwendet werden können, da die Restriktion der gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Pin und Glas- oder Keramikisolationselement nicht mehr besteht. Somit kann als Material für die Pins Aluminium oder Messing eingesetzt werden, wodurch gegebenenfalls auch ökonomische oder ökologische Vorteile entstehen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: Schnittansicht der Leitungsdurchführung und
2: Anschlussstift.
Nachfolgend wird eine Ausführung der druckdichten, isolierenden Leitungsdurchführung detaillierter beschrieben:
1 zeigt eine Schnittansicht der Leitungsdurchführung für einen Hermetikverdichter durch dessen Gehäuse 4.
Im Gehäuse 4 befindet sich eine Öffnung 3, durch die der elektrische Anschlussstift 1 für den nicht dargestellten elektrisch angetriebenen Klimakompressor mit dem Isolationselement 2 geführt ist.
Dabei ist der Anschlussstift 1 durch eine chemisch-physikalische Verbindung im Verbindungsbereich 8 stofflich mit dem Isolationselement 2 verbunden. Vorzugsweise wird diese Verbindung durch Aufvulkanisieren des elastischen Materials auf den Anschlussstift 1 hergestellt. Damit bilden Anschlussstift 1 und Isolationselement 2 eine bauliche Einheit. Die Verbindung ist absolut druckdicht. Das Isolationselement 2 übernimmt neben der elektrischen Isolierung die Funktion der Abdichtung des Gehäuseinneren 9 gegen den Außenbereich 10. Dabei kompensiert das elastische Isolationselement 2 mechanische Beanspruchungen und Wärmedehnungen.
Als elastisches Gummimaterial für das Isolationselement 2 werden vorteilhafterweise eEPDM (epoxidierter Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), HNBR (Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk) oder andere vulkanisierbare Stoffsysteme verwendet. Analog ist die stoffliche Verbindung mit Stoffsystemen auf der Basis von Silikon vorteilhaft ausführbar, sofern sich eine dem Vulkanisieren ähnliche stoffliche Verbindung erzielen lässt.
Das Isolationselement 2 weist eine umlaufende Ausstülpung 6 in Gestalt eines O-Ringes auf. Damit ist ein O-Ring in das Isolationselement 2 integriert.
Die Öffnung 3 des Gehäuses 4 ist mit einer zur O-Ringform korrespondierenden Rille 11 versehen, in die die O-Ring-Ausstülpung 6 gedrückt wird und damit zum Gehäuse 4 hin abdichtet.
Der Andruck des Isolationselementes 2 erfolgt hier durch einen Seegerring 5. Zwischen Seegerring 5 und Isolationselement 2 ist hier noch eine Hülse 12 angeordnet. Alternativ können als Befestigungselement 5 auch Hohlschraube beziehungsweise Überwurfmutter (nicht dargestellt) verwendet werden. Dazu sind am Gehäuse entsprechende Innen- beziehungsweise Außengewinde vorzusehen.
Der Anschlussstift 1 ist zusätzlich im Gehäuseinneren 9 mit einer mit dem Isolationselement 2 verbundenen Ummantelung 7 versehen, die zur verbesserten Isolation gegenüber den Medien im Gehäuseinneren 9 und dem Schutz des Anschlussstiftes 1, zum Beispiel vor Korrosion, dient.
Die Gehäusedurchführung kann so realisiert sein, dass mehrere Leiterstifte – natürlich gegeneinander isoliert – in einem Isolationselement 2 angeordnet und mit diesem verbunden sind.
Ebenso können Gehäusedurchführungen für Gas oder Flüssigkeit führende Leitungen auf die beschriebene Weise realisiert werden. Die Bezeichnung Gehäuse soll in diesem Zusammenhang sämtliche Wandungen, wie zum Beispiel von Rohren oder Behältern, einschließen.
Die stabile Hülse 12 dient der auf eine größere Fläche verteilten Einbringung des Gegendruckes für die Verspannung des Isolationselementes 2 und des Anschlussstiftes 1 in der Gehäuseöffnung 3 des Gehäuses 4 und wirkt damit einem Verschleiß des Isolationselementes 2 entgegen. Bevorzugt funktionsgemäß ist die Hülse 12 aus einem stabilen Material, wie beispielsweise Metall, ausgebildet. Die Hülse 12 ist bevorzugt derart geformt, dass sie mit dem Isolationselement formschlüssig verbunden ist. Zur Aufnahme der axialen Verspannkräfte aus dem als Seegerring ausgeführten Befestigungselement 5 ist die Metallhülse radial abgewinkelt ausgebildet, sodass der Seegerring 5 nicht mit dem elastischen Material des Isolationselementes 2 Kontakt hat und die Kräfte zum axialen Verspannen der Durchführung in der Gehäuseöffnung 3 somit auf eine größere Fläche verteilt sind.
In 2 ist der Anschlussstift 1 mit dem Isolationselement 2 in der Seitenansicht dargestellt. Gemeinsam bilden diese beiden Elemente die elektrische Durchführung, welche formgerecht korrespondierend in dem Gehäuse 4 eines Hermetikverdichters fixierbar ist. Durch die Kombination von einem elektrisch leitenden Anschlussstift 1 und einem elektrisch nicht leitenden Isolationselement 2 wird die Funktion der elektrischen Durchführung realisiert.
Daneben wird durch die stoffliche Verbindung von Anschlussstift 1 und Isolationselement 2 durch Aufvulkanisieren des Isolationselementes 2 auf den Anschlussstift 1 eine stofflich dichte Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten realisiert. Die Abdichtung der Durchführung gegenüber dem Gehäuse 4 erfolgt durch die an das Isolationselement 2 angeformte Ausstülpung 6, welche die Form eines O-Ringes aufweist. Damit kann vorteilhaft erreicht werden, dass kein zusätzlicher O-Ring als separates Teil der Durchführung vorgesehen werden muss, da die Funktionsintegration von Dichtelement gegenüber dem Gehäuse, dem O-Ring, und elastischem, Toleranzen ausgleichendem, elektrischem Isolationselement 2 als eine Komponente ausgebildet ist. Die schlauchförmige, zylindrisch ausgeführte Verlängerung 7 verringert den Gesamtisolationswiderstand der Durchführung. Die Ausführung des Isolationselementes 2 aus eEPDM oder HNBR gestattet den Einsatz der Durchführung bis zu Temperaturen von 150°C, die als Verdingungsendtemperaturen oder Nachheiztemperaturen partiell auftreten können. Besonders hervorzuheben ist weiterhin, dass die Gummimetallelemente nach der Ausgestaltung der Erfindung preiswerter gegenüber Glas-Keramik-gedichteten Durchführungen sind.
Eine vorteilhafte Wirkung der Elastizität des elektrischen Isolationselementes 2 ist, dass Schwingungen des Gehäuses 4 gegenüber dem Anschlussstift 1 gedämpft und somit Kontaktprobleme an den elektrischen Anschlüssen verringert werden.
Weitere Anwendungsbeispiele für erfindungsgemäße Durchführungen sind beispielsweise in der Vakuumtechnik vorzufinden. Allgemein kommen erfindungsgemäße Durchführungen überall dort vorteilhaft zum Einsatz, wo elektrische Durchführungen bei Anwendungen mit unterschiedlichen Druckniveaus oder stofflicher Trennung eingesetzt werden müssen.
Bezugszeichenliste

1: Leiterstift, Anschlussstift, Pin
2: Isolationselement
3: Öffnung, Gehäuseöffnung
4: Gehäuse
5: Befestigungselement, Seegerring
6: umlaufende Ausstülpung, O-Ring-Ausstülpung
7: Ummantelung, schlauchförmige Verlängerung
8: Verbindungsbereich
9: Gehäuseinneres
10: Außenbereich, Umgebung
11: Rille
12: Hülse

Claims

Elektrische Durchführung für Hermetikverdichter mit einem elektrisch leitenden Anschlussstift (1) und einem elastischen Isolationselement (2), welche in einer Gehäuseöffnung (3) mittels eines Befestigungselementes (5) druckdicht verspannbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstift (1) und das Isolationselement (2) stofflich durch Aufvulkanisieren miteinander verbunden sind, so dass Anschlussstift (1) und Isolationselement (2) eine bauliche Einheit bilden und das Isolationselement (2) eine umlaufende, angeformte Ausstülpung (6) in Form der Außendichtfläche eines O-Rings aufweist, die mit einer Rille (11) in der Gehäuseöffnung (3) formschlüssig korrespondiert.
Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (12) vorgesehen ist, die mit dem Isolationselement (2) verbunden ist, wobei die Hülse (12) derart geformt ist, dass sie mit dem Isolationselement (2) formschlüssig verbunden ist.
Durchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (2) eine schlauchförmige Verlängerung (7) aufweist.
Durchführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstift (1) innerhalb des Gehäuses (4) von der in das Isolationselement (2) integrierten schlauchförmigen Verlängerung (7) des Isolationselementes (2) zur Erhöhung des Gesamtisolationswiderstandes teilweise aufgenommen wird.
Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anschlussstifte (1) in einem Isolationselement (2) angeordnet sind.
Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (2) aus epoxidiertem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (eEPDM) ausgebildet ist.
Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (2) aus Hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR) ausgebildet ist.
Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (2) aus Silikonkautschuk ausgebildet ist.