DE19749105A1 - Stromdurchführungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromdurchführungselement, insbesondere ein Zünd- oder Überwachungselement für einen Gas- oder Ölbrenner nach dem Gattungsbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Bei den in der jüngsten Zeit entwickelten Öl- oder Gasbrennern, den sogenannten Brennwertgeräten, werden abge­ dichtete Brennräume benötigt, was zur Folge hat, daß auch die Stromdurchführungselemente dicht, d. h. insbesondere gas- und kondensatdicht sein müssen.

Übliche gas- und kondensatdichte Stromdurchführungs­ elemente weisen zumeist rotationssymmetrische Isolatoren auf, an denen Formelemente zur Verdrehsicherung angebracht sein können. Die Malter zum Befestigen der Stromdurchfüh­ rungselemente, in denen die Isolatoren sitzen, bestehen üblicherweise aus einem Befestigungsblech, gegen das die Isolatoren mittels einer Dichtung abgedichtet sind, wobei für die Vorspannkraft, d. h. die eigentliche Befestigung und Abdichtung, ein zweites Blechteil sorgt, das durch Punkt­ schweißungen mit dem Befestigungsblech verbunden ist. Die Befestigung der Elektroden in den Isolatoren erfolgt mecha­ nisch, wie es in der DE 26 45 034 C2 angegeben ist. Zwischen beiden Bauteilen wird dabei ein O-Ring zur Abdichtung vor­ gesehen, der beim Aufpressen des Hochspannungsanschlußstücks auf die Elektrode vorgespannt wird.

Die üblichen Stromdurchführungselemente der oben be­ schriebenen Art sind allerdings nur für Brenner geeignet, bei denen die Temperatur im Bereich der Verbindung zwischen dem Isolator und dem Befestigungsblech nicht höher als 400°C ist. Der Grund dafür ist in dem üblicherweise verwandten Dichtungswerkstoff, der Festigkeit der Bleche sowie der Festigkeit der Schweißverbindungen zu sehen. Es ist darüber hinaus möglich, daß bei dem üblichen Aufbau die Dichtheit der Verbindung zwischen dem Isolator und dem Befestigungs­ blech über die Lebensdauer des Stromdurchführungselementes nachläßt. Das gilt insbesondere bei hohen Temperaturen und häufigen Temperaturwechseln.

Ein weiterer Nachteil der üblichen Stromdurchführungs­ elemente besteht darin, daß sie aus vielen Einzelteilen bestehen. Diese müssen mit relativ engen Toleranzen gefer­ tigt werden, um die Funktion des gesamten Stromdurchfüh­ rungselementes im montierten Zustand zu gewährleisten. Die Montage ist durch das Zusammenfügen der Einzelteile und den anschließenden Schweißprozeß sehr aufwendig.

Da die Elektrode bei den üblichen Stromdurchführungs­ elementen im Isolator mechanisch befestigt ist, besteht weiterhin der Nachteil, daß die dadurch erzeugte Haltekraft der Elektrode gegenüber dem Isolator den Anforderungen nicht immer genügt. Das gilt insbesondere dann, wenn die Elektrode gebogen ist. Die hierbei in Form eines Drehmomentes auftre­ tende Belastung kann im Betrieb dazu führen, daß sich die Elektrode lockert und als Folge davon die Dichtheit der Verbindung zwischen der Elektrode und dem Isolator nachläßt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Stromdurchführungselement der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es aus wenigen Einzelteilen aufge­ baut ist und somit einfach montiert und kostengünstig produ­ ziert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Aus­ bildung gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen des erfindungsgemäßen Stromdurchführungselementes sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6.
Wenn insbesondere die Verbindungen vom Isolator zum Halter und von der Elektrode zum Isolator in der erfindungs­ gemäßen Weise über Glaseinschmelzungen gebildet sind, ergibt sich eine Verbesserung der Qualität und der Nutzung des Stromdurchführungselementes, da diese Verbindungen über die Lebensdauer des Stromdurchführungselementes dicht bleiben.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Doppelzündelektrode mit einstückigem Isolator und Halter aus Keramik,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Doppelzündelektrode,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer üblichen Doppelzünd­ elektrode mit Metallhalter,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die in Fig. 3 dargestellte Doppelzündelektrode,

Fig. 5 in einer Schnittansicht die zweiteilige Ausfüh­ rung von Halter und Isolator aus Keramik mit eingesintertem Isolator bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung,

Fig. 6 in einer Schnittansicht die zweiteilige Ausfüh­ rung von Halter und Isolator aus Keramik mit eingesintertem Isolator bei noch einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 in einer Schnittansicht die zweiteilige Ausfüh­ rung von Halter und Isolator aus Keramik, wobei der Isolator mit Glasur eingeschmolzen ist, bei noch einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung,

Fig. 8 in einer Schnittansicht eine an einen Keramik­ halter gelötete Masseelektrode bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 9 in einer Schnittansicht eine an einem Keramik­ halter mit eingeschmolzener Glasur angebrachte Masseelek­ trode bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In den Fig. 3 und 4 ist ein übliches Stromdurchfüh­ rungselement in Form einer Doppelzündelektrode mit Metall­ halter dargestellt.

Ein rotationssymmetrischer Isolator 1 enthält eine Elektrode 4 und ist in einem Halter 5 angeordnet, der aus einem Befestigungsblech und einem weiteren Blechteil be­ steht, zwischen denen ein Dichtungsring 8a angeordnet ist. Das weitere Blechteil ist über Punktschweißungen 10 am Befe­ stigungsblech angebracht und sorgt für die zur Befestigung und Abdichtung notwendige Vorspannkraft zwischen dem Isola­ tor 1 und dem Befestigungsblech.

Die Elektrode 4 ist im Isolator 1 mechanisch befestigt und über einen O-Ring abgedichtet, der beim Aufpressen eines Hochspannungsanschlußteils 7 auf die Elektrode 4 vorgespannt wird.

In den Fig. 3 und 4 sind weiterhin ein Masseanschluß 9 und eine Masseelektrode 4a dargestellt.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromdurchführungselementes in Form einer Doppelzündelektrode dargestellt, bei dem der Halter 5 und ein oder mehrere Isolatoren 1 in einem Stück aus einem keramischen Werkstoff gefertigt sind.

Es ist aber auch möglich, den Halter 5 aus einem kera­ mischen Werkstoff als Einzelteil zu fertigen und mit dem oder den Isolatoren 1 zu verbinden.

Dazu kann beispielsweise der Malter 5 aus einem kerami­ schen Werkstoff nach einem Keramikpreßverfahren hergestellt werden, es ist aber auch möglich, den Halter 5 durch Spritz­ gießen zu fertigen. Je nach den Erfordernissen können am Halter 5 verschiedene Formelemente, beispielsweise Formele­ mente in Form von Durchbrüchen, Einsenkungen, Erhebungen zur Befestigung des Halters 5 am Brenner, integrierte Isolatoren oder Durchbrüche zur Aufnahme von Isolatoren, die rotations­ symmetrisch sind, Formelemente zur Verdrehsicherung mit oder ohne Haltebund, Formelemente zur Lagersicherung des Halters 5 gegenüber dem Brennergehäuse, Formelemente zur Erreichung der Abdichtung zwischen dem Halter 5 und dem Brennergehäuse und Formelemente zur Aufnahme von weiteren Elementen wie beispielsweise einer Masseelektrode vorgesehen sein.

Die Isolatoren können dann über verschiedene Verfahren, z. B. durch ein isostatisches Pressen, hergestellt werden und gleichfalls mit den erwähnten Formelementen versehen sein.

Die Verbindung des Halters 5 und des Isolators 1 kann durch Sintern der Keramikteile oder durch bestimmte Verbin­ dungsmittel erzielt werden.

Eine Verbindung durch Sintern der Keramikteile ist in Fig. 5 dargestellt. Der Isolator 1 wird während des Scharf­ brandes fest mit dem keramischen Halter 5 verbunden, wobei beide Teile im Grünlingszustand sein können, ein Teil grün und ein Teil gebrannt sein kann oder beide Teile gebrannt vorliegen können.

Die Verbindung erfolgt durch die Schwindung der Keramik und durch Sintern, wenn mindestens ein Bauteil im Grünlings­ zustand vorliegt. Sind beide Bauteile bereits scharf ge­ brannt, sintern sie zusammen.

Der in Fig. 5 dargestellte Bund am Isolator 1 dient dabei zur Positionierung im Halter 5 und kann zylindrisch ausgeführt sein. Für die Festigkeit und Dichtheit dieser Verbindung ist jedoch die Einhaltung enger Fertigungstole­ ranzen notwendig. Falls diese Toleranzen nicht eingehalten werden können, besteht die Möglichkeit, den Bund konisch auszuführen, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Durch diese Ausbildung wird in jedem Fall eine dichte Verbindung zwi­ schen Halter 5 und Isolator 1 erreicht. Dabei wird der Iso­ lator 1 im Halter 5 zentriert.

Eine Verbindung zwischen Isolator 1 und Halter 5 unter Verwendung eines Verbindungsmittels ist in Fig. 7 darge­ stellt. Als Verbindungsmittel kann eine Glasur oder Glas 3 verwandt werden, wobei die Verwendung einer Glasur bevorzugt ist, da die meisten Isolatoren 1 glasiert werden. Dadurch ist es möglich, glasierte Isolatoren 1 mit unglasierten Maltern 5 beim Glasurbrand zu verbinden. Der Isolatorbund kann dabei zylindrisch oder konisch ausgeführt sein.

Die Verwendung von Glas als Verbindungsmittel ist als eine Möglichkeit anzusehen, große Fertigungstoleranzen aus­ zugleichen. Hierbei ist die Verwendung eines zylindrischen Isolatorbunds vorteilhaft. Zwischen dem Isolatorbund und dem Halter 5 wird ein Spalt gelassen, in den vorgefertigte Glas­ teile eingelegt werden, die dann während eines Ofendurch­ laufes eingeschmolzen werden, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.

Die Verbindung der Elektrode 4 mit dem Isolator 1 wird gleichfalls durch Glaseinschmelzen gasdicht erzielt. Es sind allerdings auch andere Befestigungen grundsätzlich möglich, die eine dichte Verbindung dazwischen gewährleisten.

Wesentlich bei den oben beschriebenen Stromdurchfüh­ rungselementen ist die Ausführung des Halters 5 aus einem keramischen Werkstück. Daraus ergibt sich, daß der oder die Isolatoren 1 mit dem Halter 5 in einem Stück ausgebildet werden können, aber auch beide Bauteile separat gefertigt und in der oben beschriebenen Weise miteinander verbunden werden können. Dabei ist es möglich, die Isolatoren 1 und Halter 5 verschiedener Arten von Einzelelektroden bis zu Elektrodenblöcken hin-zu kombinieren. Mit einer Standardi­ sierung der Verbindungsstelle zwischen dem Isolator, d. h. dem Isolatorbund und dem Halter 5 ergibt sich dadurch ein Baukastensystem, das eine kostengünstige Produktion einer Palette von Stromdurchführungselementen erlaubt.

Es wurde eine Prüfung der Festigkeit und Dichtheit der Verbindung durchgeführt, indem gebrannte Isolatoren mit einem Durchmesser von 6,0 mm und einem Bunddurchmesser von 7,9 mm in eine Bohrung mit einem Durchmesser von 8,0 mm abgestuft auf einen Durchmesser von 6,5 mm eines Halters im Grünlingszustand eingelegt wurden. Die zusammengefügten Teile durchliefen den Scharfbrand und wurden anschließend geprüft. Die Ausdrückkraft lag dabei zwischen 300 N und 1100 N. Von den auseinandergedrückten Teilen wurde ein Teil gefügt, während die anderen zusätzlich mit einer Glasur versehen wurden. Die ohne Glasur gefügten Teile wurden erneut scharfgebrannt, die Teile mit Glasur durch den Glasurbrand gelassen. Anschließend wurden die Verbindungsstellen mit Fuchs in auf Dichtheit geprüft mit dem Ergebnis, daß die Verbindung dicht war. Danach wurden die Teile einem Druck von 5 bar ausgesetzt, und zwar derart, daß der Druck der Verbindung entgegenwirkt, was den ungünstigsten Anwendungsfall darstellt. Auch bei dieser Prüfung blieb die Dichtheit aller Verbindungen erhalten.

Wenn der Halter und die Isolatoren in einem Stück aus­ gebildet sind, kann von einer 100%-igen Dichtheit ausgegan­ gen werden. Die Verbindung durch Glaseinschmelzen erzeugt aber ebenfalls dichte Verbindungen zwischen Elektrode und Isolator.

Die Festigkeit des Halters im Bereich der daran vor­ gesehenen Befestigungsbohrungen ist im übrigen von mehreren Faktoren, z. B. dem Schraubendurchmesser bzw. dem erforderli­ chen Anzugsmoment bzw. der Beschaffenheit der Kesselwand des betreffenden Brenner abhängig. Bei einer Wanddicke der Kera­ mik von ca. 6 mm zwischen dem Schraubenkopf und der Brenner­ wand kann von einer ausreichenden Festigkeit ausgegangen werden. Das hat sich durch Versuche bestätigt.

Die oben beschriebenen Stromdurchführungselemente in gas- und kondensatdichter Ausführung haben den Vorteil, daß sie gegenüber den üblichen Stromdurchführungselementen mit einer geringeren Anzahl von Einzelteilen auskommen und daher die Anzahl der Montagevorgänge erheblich reduziert ist. Bei den üblichen Stromdurchführungselementen sind nämlich zwei Blechteile und eine Dichtung vorzusehen, die dadurch mon­ tiert werden, daß der Isolator in eine Schweißvorrichtung eingelegt wird, ein Blech über dem Isolator angeordnet wird, die Dichtung über dem Isolator angeordnet wird, das zweite Blechteil aufgelegt wird und die Blechteile angedrückt und dann verschweißt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Stromdurchführungselement mit in einem Stück mit dem Isolator ausgebildeten Halter kann die Halterherstellung in Verbindung mit dem Isolator mittels eines Preßwerkzeuges oder nach einem anderen üblichen Ferti­ gungsverfahren, z. B. durch Keramik-Spritzgießen, erfolgen, so daß für die Befestigung des Isolators im Halter keine Arbeitsvorgänge anfallen. Wenn Isolatoren und Halter separat gefertigt werden, können aufgrund der Verwendung von stan­ dardisierten Teilen die einzelnen Maschinen besser ausgela­ stet werden und läßt sich eine gewisse Typenvielfalt durch verschiedene Halter erreichen.

Stromdurchführungselemente mit einem Halter aus einem keramischen Werkstoff sind über die gesamte Lebensdauer dicht, wobei in vorteilhafter Weise verschiedene Formelemen­ te am Halter angebracht werden können, die zum Teil aufwen­ dige Konstruktionen, z. B. zur Lagesicherung ersetzen. Es können gleichfalls Vertiefungen an den Befestigungslöchern angebracht sein, die zur Aufnahme von Bunden dienen, die durch bolzengeschweißte Befestigungsschrauben am Brenner entstehen.

Im übrigen ist die Gefahr elektrischer Überschläge geringer, da leitende Materialien weiter von der Stromdurch­ führung entfernt sind, was eine Verlängerung der Kriech­ strecke bedeutet.

Ein Halter aus einem keramischen Werkstoff erlaubt neben den oben beschriebenen Konstruktionen auch das Anbrin­ gen von Masseelektroden, wie es in den Fig. 8 und 9 darge­ stellt ist. Fig. 8 zeigt eine Masseelektrode 4a, die in eine Bohrung im Halter 5 eingebracht ist. In diesem Bereich ist die Keramik zuvor metallisiert. Die Verbindung zwischen dieser leitenden Schicht und der Masseelektrode 4a erfolgt dann z. B. durch eine Lötstelle 6. In Fig. 9 ist eine Varian­ te dargestellt, bei der die Masseelektrode 4a mit beispiels­ weise angeschweißtem Flachstecker 9 durch eine Durchgangs­ bohrung im Halter 5 führt und mit Hilfe von Glas dicht ver­ schmolzen ist, was der Ausbildung von Fig. 7 analog ist.

Durch die Anordnung von Formelementen ist es in Abhän­ gigkeit vom Durchbruch in der Brennerwand möglich, die Dich­ tung zwischen Brenner und Stromdurchführung einzusparen.

Wie bereits erwähnt, ist es möglich, ein Baukastensy­ stem aufzustellen, die Montagevorgänge zu automatisieren, und zwar z. B. beim Verbinden der Isolatoren und der Halter mittels Glasur im Glasururbrand oder durch Glaseinschmelzen.

Stromdurchführungselemente mit Keramikhaltern sind überall einsetzbar, und zwar auch in Brennern, die nicht dicht sein müssen, dort sind dann alle anderen Befestigungs­ varianten zwischen den Elektroden und den Isolatoren mög­ lich.

Claims (6)

1. Stromdurchführungselement, insbesondere Zünd- oder Überwachungselement für einen Gas- oder Ölbrenner mit wenig­ stens einer Elektrode, die in einem Isolator angeordnet ist, der dicht in einem Halter zum Befestigen des Stromdurchfüh­ rungselementes sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (5) aus einem keramischen Werkstoff gefertigt ist.

2. Stromdurchführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (5) und der Isolator (1) in einem Stück aus einem keramischen Werkstoff gefertigt sind.

3. Stromdurchführungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Halter (5) und/oder am Isola­ tor (1) Formelemente zur Befestigung des Halters (5) am Brenner, zur Lagesicherung des Halters (5) gegenüber dem Brennergehäuse, zur Abdichtung zwischen Halter (5) und Bren­ nergehäuse, sowie zur Aufnahme weiterer Elemente wie bei­ spielsweise einer Masseelektrode und integrierte Isolatoren oder Durchbrüche zur Aufnahme von Isolatoren ausgebildet sind.

4. Stromdurchführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (5) und der Isolator (1) jeweils aus einem keramischen Werkstoff bestehen und durch Sintern miteinander verbunden sind.

5. Stromdurchführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (5) und der Isolator (1) mittels Glas oder einer Glasur als Verbindungsmittel mitein­ ander verbunden sind.

6. Stromdurchführungselement nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (1) und die Elektrode (4) durch Glaseinschmelzen miteinander verbunden sind.