DE10041289A1 - Glühkerze - Google Patents

Abstract

Glühkerze mit Glührohr (8), in den ein Innenpol (7) ragt, der über Heiz- und Regelwendel(n) (1, 2) mit dem Glührohr (8) verbunden ist, wobei die Regelwendel (2) derart bezüglich der Heizwendel(n) (3 und/oder 1) angeordnet ist, daß sie über einen wesentlichen Bereich ihrer Länge gleichförmig durch die Heizwärme der Heizwendel(n) (3 und/oder 1) erwärmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den vorbekannten Glühkerzen sind Heiz- und Meßwen­ deln in Reihenschaltung hintereinander angeordnet, wobei üblicherweise im vorderen Bereich des Glühstiftes die Hei­ zwendel angeordnet ist, die über eine Regelwendel mit dem Innenpol der Glühkerze verbunden ist. Die Regelwendel be­ steht hierbei aus einem Material, das einen positiven oder einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist, so daß hierdurch eine Selbstregelung des Glühstro­ mes für das Heizelement erfolgt, wodurch das Überhitzen des Heizelements vermieden werden soll.

Das Regelverhalten des Regelelements wird zusätzlich zur Erwärmung durch den durchfließenden Strom durch die Wärmeabstrahlung des in Reihe geschalteten Heizelements beeinflußt. Dieser Wärmeübergang von der Heizwendel zur Regelwendel über die Drahtverbindung der beiden Elemente bzw. über die Wendelumgebung erfordert jedoch eine gewisse Zeit und erfolgt ungleichförmig aus der Richtung der Heiz­ wendel. Dieses hat eine verzögerte und ungleichmäßige Be­ einflußung des Regelverhaltens der Regelwendel zur Folge, was zum Durchschmelzen der Heizwendel führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze zur Ver­ fügung zu stellen, bei der die Regelwendel gleichförmiger und schneller durch die Temperatur der Heizwendel beeinflußt und damit geregelt wird und wobei die Regelwendel als Meß­ wendel zur Steuerung der Glühstromzufuhr ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 2-7.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Hierbei ist

Fig. 1 der schematische Längsschnitt durch den vor­ deren Bereich des Glührohres einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glühkerze;

Fig. 2 ist die schematische Seitenansicht, in teilwei­ sem Längsschnitt, einer anderen Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Glühkerze nach Anspruch 1;

Fig. 3 ist die Seitenansicht, in teilweisem Längs­ schnitt, einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze;

Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch die Glührohrspitze einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühker­ ze;

Fig. 5 ist eine Seitenansicht in teilweisem Längs­ schnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Gemäß Fig. 1 ragt bei dieser Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Glühkerze der Innenpol 7 in das Glührohr 8 hinein, wobei das Glührohr 8 in seinem vorderen Bereich im Durchmesser verjüngt sein kann. Auf einer Andrehung 7.1 des Innenpols 7 ist eine Blockwicklung 3.2 einer Heizwendel 3 beispielsweise mittels Schweißverfahren oder Crimpen mit den Innenpol 7 elektrisch verbunden, die in einen gestreckten Bereich 3.1 der Heizwendel 3 übergeht, wobei der gestreckte Bereich 3.1 als thermische Entkopplung zwischen dem Innenpol 7 und der eigentlichen Heizwendel 3 mit größerem Wendel­ durchmesser dient; die Heizwendel 3 mit großem Durchmesser, durch den die Heizwendelwindungen in enger Nachbarschaft zur Wandung des Glührohres 8 angeordnet sind, ist mit einer Regelwendel 2, die in ansich bekannterweise auch als Meßwen­ del fungieren kann, durch die Schweißung 5 verbunden, wäh­ rend die Meßwendel 2 über eine weitere Schweißung 5 mit der Heizwendel 1 im Spitzenbereich des Glührohres 8 verbunden ist. Die Andrehung 7.1 des Innenpols 7 ist bevorzugt mit einer umlaufenden Rinne versehen, in der die letzte an­ schlußseitige Windung der Blockwicklung 3.2 gelagert ist.

Die Heizwendel wiederum ist am Kontaktstift 6 in der Spitze des Glührohres 8 fixiert. Der Kontaktstift 6 weist hierbei einen Längenanschlag 6.1 auf und dient in axialer Richtung als Begrenzung, wodurch sich eine definierte Länge für die Schweißung z. B. WIG-Schweißung ergibt, wobei zusätz­ lich beim Laserschweißen die Schulter (6.1) ein Durchschie­ ßen verhindert.

Bevorzugt sind Heizwendel 1 und 3, die im folgenden auch als Heizwendelabschnitte 1 und 3 bezeichnet werden, bezüglich ihrer Wendelgeometrie (Anzahl und Durchmesser von Draht und Windungen) im Bereich der Schweißungen 5 im we­ sentlichen gleich ausgebildet, um beidseitig gleichen Wärem­ transport in die Regelwendel 2 zu gewährleisten. Als bevor­ zugte Materialien für die Heizwendelabschnitte 1 und 3 wer­ den Drähte aus CrAl255 (Kanthal) Heizleitermaterial verwen­ det; gut geeignet ist im Grunde auch jedes andere Heizlei­ termaterial, das seinen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur nur wenig oder nicht verändert.

Das Material der Regelwendel 2 besitzt positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands und besteht beispielsweise aus Ni 99,9 oder CoFe, wobei CoFe einen höheren Regelfaktor besitzt als Ni 99,9 und damit zu einem besseren Meßsignal bei Verwendung der Regelwendel als Meß­ wendel führt; gut geeignet ist auch jedes andere Material, welches seinem Widerstandswert über die Temperatur ändert.

Bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 2, die im übrigen der der Fig. 1 entspricht, ist zur weiteren thermischen Entkopplung von Heiz-/Regelbereich eine Durchmesserverklei­ nerung 7.3 des Ansatzes und Innenpol 7 vorgesehen; wobei in einer Bohrung 7.2 des Ansatzes das anschlußseitige Ende des Heizwendelabschnitts 3.2 fixiert ist. Die Kontaktierung mit der Glührohrspitze erfolgt direkt, also ohne Kontaktstück 6 gemäß Fig. 1.

Eine weitere erfindungsgemäße Glühkerze zeigt Fig. 3, bei der eine Heizwendel 1 und eine Regelwendel 2 in Reihe geschaltet und in 5 miteinander verschweißt sind, wobei bei dieser Ausführungsform ein wesentlicher Bereich der Länge der Regelwendel 2 in die Heizwendel 1 größeren Wendeldurch­ messers eingeschoben ist; als wesentlicher Bereich der Länge der Meßwendel 2 wird ein solcher Bereich betrachtet, der groß genug ist, um durch die einströmende Wärme aus der umgebenden Heizwendel 1 bezüglich seines Regelverhaltens definiert beeinflußt zu werden. Bevorzugt kann bei dieser Lösung zwischen Heizwendel 1 und Regelwendel 2 ein beide voneinander isolierender Rohrabschnitt 11 eingeschoben sein. Der die Verbindung zum Innenpol 7 herstellende Regelwendel­ bereich 2.1 ist zur thermischen Entkopplung von Regel-/Heiz­ bereich und Innenpol als gestreckte Wendel ausgebildet. Die Kontaktierung mit der Glührohrspitze erfolgt direkt, also ohne Kontaktstück 6 gemäß Fig. 1.

In Fig. 4 wird eine Lösung wiedergegeben, bei der ebenfalls ein Heizwendelabschnitt 1, eine Regelwendel 2 und ein Heizwendelabschnitt 3 in Reihe geschaltet sind, wobei jedoch alle drei Wendeln ineinander geschoben sind, gegebe­ nenfalls durch Isolierrohre 11 und 11.1 voneinander isoliert. Im übrigen besitzen die Bezugszeichen die zuvor gege­ bene Bedeutung.

Die erfindungsgemäße Lösung nach Fig. 5 entspricht insoweit der Ausführungsform nach Fig. 1, als das Heiz- und Regelelement ebenfalls dreiteilig als Heizwendelabschnitt 1, Regelwendel 2 und Heizabschnitt 3 ausgebildet ist, wobei jedoch, wie in Ausführungsform nach Fig. 3, die Regelwendel 2 in den Heizwendelabschnitt 1 eingeschoben ist. Bevorzugt ist der Heizwendelabschnitt 1 in der Glührohrspitze mit der Schweißung 10 fixiert; zusätzlich kann bevorzugt die Glüh­ rohrspitze einen anreduzierten Bereich 13.1 aufweisen. Der Innenpol 7 ist gegenüber dem Glührohr 8 durch einen O-Ring 12 abgedichtet. Zwischen Innenpol 7 und Körper 14 ist eine ringförmige Körperabdichtung 15 vorgesehen, wobei zwischen Gehäuse 14 und Anschlußhülse 17 mit Glühkerzenanschluß 18 eine Isolierscheibe 16 angeordnet ist.

Die vorgeschlagenen Lösungen, insbesondere die bevor­ zugten Lösungen, bei denen die Regelwendel in erfindungs­ gemäßer Weise einem oder zwei Heizwendelbereichen benachbart ist, gewährleistet, daß die Regelwendel 2 nahezu gleichzei­ tig und gleichförmig über die Länge ihres regel-wesentlichen Bereichs mit der Temperatur des Heizwendelabschnitts 1 oder der Heizwendelabschnitte 1 und 3 ihre Temperatur und damit ihren Widerstand ändert; die Widerstandsänderung der Regel­ wendel wird als Steuersignal im Steuergerät bzw. in der Steuerelektronik der Glühkerze verarbeitet, um die Energie­ zufuhr unmittelbar zu erniedrigen oder zu erhöhen, so daß sich die Regelzeiten deutlich verringern lassen, ohne daß es zu unerwünschten Überhitzungen der Heizwendel(n) kommt, womit auch allgemein die Einsatzdauer dieser Kerzen verlän­ gert wird. Erfindungsgemäß sind Aufheizzeiten von ≦ 2 sec auf 1000°C erzielbar. Besonders vorteilhaft sind die erfin­ dungsgemäßen Glühkerzen in an sich bekannter Ausführung als Ionenmeßkerzen, insbesondere als Ionenmeßkerzen mit inte­ grierter Schaltelektronik im anschlußseitigen Kerzenkörperbereich.

Claims (8)

1. Glühkerze mit Glührohr (8), in den ein Innenpol (7) ragt, der über Heiz- und Regelwendel(n) (1, 2) mit dem Glührohr (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendeln (2) derart bezüglich der Heizwendel(n) (3 und/- oder 1) angeordnet ist, daß sie über einen wesentlichen Bereich ihrer Länge gleichförmig durch die Heizwärme der Heizwendel(n) (3 und/oder 1) erwärmt wird.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel (2) zwischen zwei Abschnitten (1, 3) der Heizwendel angeordnet ist.

3. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel (2) über einen wesentlichen Teil in ihrer Länge von der Heizwendel (1) oder dem Heizwendelab­ schnitt (1) umgeben ist.

4. Glühkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwendelabschnitt 1 den wesentlichen Teil der Länge der Regelwendel (2) und dieser den Heizwendelabschnitt (3) umgibt.

5. Regelwendel nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel (2) aus einem Material mit positivem oder negativem Temperaturkoef­ fizienten des Widerstands besteht.

6. Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (1) oder die Heizwendelabschnitte (1, 3) aus einem Heizleitermaterial bestehen, welches seinen Wider­ standswert in Abhängigkeit von der Temperatur wenig oder nicht ändert.

7. Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel aus Ni 99, 9 oder CoFe besteht.

8. Glühkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel(abschnitte) (1, 3) aus Kanthal (CrAl255)- Heizleitermaterial bestehen.