DE10152886A1

DE10152886A1 - Keramische Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE10152886A1
Application number: DE2001152886
Authority: DE
Inventors: Masato Taniguchi; Fumihiko Haraguchi
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2002-09-19
Also published as: JP2002134251A

Abstract

Eine keramische Heizvorrichtung wird zur Verfügung gestellt, die ein stabförmiges keramisches Heizgerät 2, das ein keramisches Basisglied 5 aus einer isolierenden Keramik und ein keramisches Heizelement 6 aus einer elektrisch leitenden Keramik, das in dem keramischen Basisglied 5 eingebettet ist, umfaßt, wobei das keramische Heizelement an einem spitzen Ende 2a des keramischen Heizgeräts 2 einen Wendepunkt aufweist, um so eine U-ähnliche Form auszubilden, und wobei eine seitliche Oberfläche des keramischen Heizgeräts, die zu einem hinteren Ende 6c davon benachbart ist, geschliffen ist, um ebene Oberflächen auf dem keramischen Heizgerät auszubilden, so daß gegenüberliegende Endbereiche 6c des keramischen Heizelementes 6 von den ebenen Oberflächen hervorstehen, wobei hervorstehende Oberflächen des keramischen Heizelementes als Zuführungsverbindungsanschlüsse 11 verwendet werden und metallische Zuführngen 15, 16 zur Stromversorgung mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen 11 hartverlötet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Heizvorrichtung, genauer gesagt eine keramische Heizvorrichtung, die als Zündkerze zum Starten eines Die selmotors oder als Zündheizung für einen Kerosinheizlüfter verwendbar ist.

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine keramische Zündkerze 71 für Dieselmotoren, die ein Beispiel für eine solche keramische Heizvorrichtung darstellt. Die Zündkerze 71 besteht aus einem stabförmigen keramischen Heizgerät 72, einem röhrenförmi gen Hauptkörper 74, der das keramische Heizgerät 72 hält und als ein Befestigungs bereich dient, der an einen Motor befestigt wird, und anderen Komponenten. Das keramische Heizgerät 72 der Zündkerze 71 weist einen Aufbau auf, bei dem ein ke ramisches Heizelement 76 (im folgenden als Heizelement bezeichnet), das aus einer elektrisch leitenden Keramik hergestellt ist und eine Umkehrform (U-ähnliche Form) aufweist, in einem keramischen Basisglied 75, das aus einer isolierenden Keramik hergestellt ist, eingebettet ist, um in einem Bereich, der sich von einem spitzen Ende 72a des keramischen Basisgliedes 75 erstreckt, angeordnet zu sein. Erste Enden von Übertragungsdrähten 78 und 79, die mit Metallzuführungen 15 und 16 zur Stromversorgung verbindbar sind, sind mit gegenüberliegenden Endbereichen 76c zweier Schenkel des U-förmigen Heizelements 76 verbunden, wobei die Übertra gungsdrähte 78 und 79 in dem keramischen Basisglied 75 eingebettet sind.

Zweite Enden der Übertragungsdrähte 78 und 79 stehen von einer seitlichen Oberfläche des keramischen Heizgeräts 72 an Stellen nahe dem hinteren Ende 72c des keramischen Heizgeräts hervor und werden als Verbindungsanschlüsse (im fol genden als Anschlüsse bezeichnet) verwendet. Die Metallzuführungen 15 und 16 sind mit den zweiten Enden der Übertragungsdrähte 78 und 79 durch Hartlöten ver bunden. In der keramischen Heizvorrichtung 71 mit der oben beschriebenen Struktur erzeugt das Heizelement 76 aufgrund seines Widerstands Wärme, wenn es über die Metallzuführung 15 und 16 mit Strom versorgt wird.

Eine Zündkerze 71 wird an einem Motorkopf auf eine Weise angebracht, daß das spitze Ende 72a des keramischen Heizgeräts 72 z. B. einer Vorverbrennungs kammer ausgesetzt ist. Daher ist das keramische Heizgerät 72 der bei Zuführung von Strom erzeugten Hitze und während der Verbrennung dauerhaft beträchtlichen Temperaturänderungen und Explosionen (thermischen Schocks) ausgesetzt. Gleich zeitig weisen die Übertragungsdrähte 78 und 79 zum Verbinden der Metallzuführun gen 15 und 16 mit dem Heizelement 76 im allgemeinen einen kleinen Durchmesser von 1 mm oder weniger auf. Daher sind die Verbindungsflächen zwischen den An schlüssen (in Endbereichen der Übertragungsdrähte) und den damit verbundenen (hartverlöteten) Metallzuführungen 15 und 16 extrem schmal. Weiterhin sind solche Übertragungsdrähte 78 und 79 typischerweise aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt wie etwa Wolfram hergestellt.

Zusätzlich wird das keramische Heizgerät, das die Zündkerze mit dem oben beschriebenen Aufbau ausmacht, hergestellt durch Brennen in einem Zustand, in dem die mit dem keramischen Heizelement 76 verbundenen Übertragungsdrähte 78 und 79 in dem keramischen Basisglied 75 eingebettet sind. Daher werden die Übertragungsdrähte 78 und 79 während des Brennvorgangs aufgrund eines großen Unterschieds in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Keramik und Metall (Wolfram), das die Übertragungsdrähte bildet, einer großen Zugbeanspruchung (Eigenspannung) ausgesetzt. Es besteht daher während der anschließenden Benutzung der Zündkerze eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß die Übertragungsdrähte 78 und 79 aufgrund des oben beschriebenen Hitzeschocks brechen oder ähnliche Schäden auftreten.

Weiterhin ist das keramische Heizgerät, das eine bekannte Zündkerze aus macht, typischerweise an dem Hauptkörper 74 befestigt, wobei das keramische Heizgerät durch eine Metallhülse 73 (im folgenden als Hülse bezeichnet) hindurch geht. Daher müssen bei einem keramischen Basisglied 75, in dem das keramische Heizelement 76 eingebettet ist, die spitze Endseite 72a, an der das keramische Hei zelement 76 liegt, und das dem spitzen Ende 72a entgegengesetzte hintere Ende, mit dem die Metallzuführungen verbunden sind, aus dem folgenden Grund von dem jeweils gegenüberliegenden Ende der Metallhülse hervorstehenden: Da die von den seitlichen Oberflächen des keramischen Basisglieds hervorstehenden Endbereiche der Übertragungsdrähte als Anschlüsse verwendet werden und die Metallzuführun gen mit den Anschlüssen verbunden sind, werden die zum Verbinden der Metallzu führungen mit den Anschlüssen notwendigen Arbeiten erschwert, wenn nicht ein hinteres Ende 75c des keramischen Basisglieds 75, an dem die Anschlüsse liegen, von der Metallhülse 73 hervorragen. Daher erhöht sich aufgrund dieses hervorste henden hinteren Endbereiches die Länge des keramischen Heizgeräts und daraus resultierend benötigt das keramische Heizgerät eine größere Menge an keramischem Material.

Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme bei den bekannten kerami schen Heizvorrichtungen, wie etwa Zündkerzen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte keramische Heizvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll eine keramische Heizvorrichtung mit erhöhter Verläßlichkeit von elektrischen Verbindungen zur Verfügung gestellt werden. Außerdem soll durch Zur verfügungstellen einer keramischen Heizvorrichtung mit einer verringerten Größe des keramischen Heizgeräts die Herstellungskosten reduziert werden.

Die oben genannten Aufgaben werden durch eine keramische Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 6 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 18 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, sieht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine keramische Heizvorrichtung vor, die ein stabförmiges keramisches Heizgerät, das ein keramisches Basisglied aus einer isolierenden Keramik, und ein keramisches Heizelement aus einer elektrisch leitenden Keramik, das in dem kera mischen Basisglied eingebettet ist, umfaßt, wobei das keramische Heizelement an ei nem spitzen Ende des keramischen Heizgeräts einen Wendepunkt aufweist, um so eine U-ähnliche Form auszubilden, und dadurch gekennzeichnet ist, daß eine seitli che Oberfläche (äußere Umfangsoberfläche) des keramischen Heizgeräts, die zu einem hinteren Ende davon benachbart ist, geschliffen ist, um ebene Oberflächen auf dem keramischen Heizgerät auszubilden, so daß gegenüberliegende Endberei che des keramischen Heizelementes von den ebenen Oberflächen hervorstehen, wobei hervorstehenden Oberflächen des keramischen Heizelementes als Zufüh rungsverbindungsanschlüsse verwendet werden und metallische Zuführungen zur Stromversorgung mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen hartverlötet sind.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel stellt eine keramische Heizvorrichtung zur Verfügung, die ein stabförmiges keramisches Heizgerät, das fest innerhalb eines röh renförmigen Hauptkörpers aus Metall angeordnet ist, so daß ein spitzes Ende des keramischen Heizgeräts aus dem Hauptkörper hervorsteht, beinhaltet und dadurch gekennzeichnet ist, daß das keramische Heizgerät ein keramisches Basisglied aus einer isolierenden Keramik und ein keramisches Heizelement aus einer elektrisch leitenden Keramik, das in dem keramischen Basisglied eingebettet ist, umfaßt, wobei das keramische Heizelement einen Wendepunkt an einem spitzen Ende des kerami schen Heizgeräts aufweist, um somit eine U-ähnliche Form auszubilden, und daß eine seitliche Oberfläche (äußere Umfangsoberfläche) des keramischen Heizgeräts, die zu einem hinteren Ende davon benachbart ist, geschliffen ist, um ebene Oberflä chen auf dem keramischen Heizgerät auszubilden, so daß gegenüberliegende End bereiche des keramischen Heizelementes von den ebenen Oberflächen hervorste hen, wobei die hervorstehenden Oberflächen des keramischen Heizelementes als Zuführverbindungsanschlüsse benutzt sind und Metallzuführungen zur Stromversor gung mit den Zuführverbindungsanschlüssen hartverlötet sind.

Wie oben beschrieben sind bei der vorliegenden Erfindung Metallzuführungen zur Stromversorgung direkt mit dem keramischen Heizelement hartverlötet, ohne Übertragungsdrähte aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt zu benutzen. Das heißt, gegenüberliegende Endbereiche des keramischen Heizelementes stehen von den seitlichen Oberflächen des keramischen Heizgeräts an Stellen nahe dem hinteren Ende des keramischen Heizgeräts hervor, wobei die hervorstehenden Ober flächen des keramischen Heizelementes als Zuführungsverbindungsanschlüsse ver wendet werden und Metallzuführungen zur Stromversorgung (im folgenden als Zu führungen bezeichnet) mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen hartverlötet sind. Daher können die Flächen, über welche die Zuführungen mit den Zuführungsverbin dungsanschlüssen verbunden sind, einfach vergrößert werden durch z. B. Ausbilden der Zuführungsverbindungsanschlüsse in einer Weise, daß sie sich über eine große Strecke in axialer Richtung des keramischen Heizgerät verlaufen. Da Übertragungs drähte aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, dessen thermischer Ausdeh nungskoeffizient stark von dem von Keramik abweicht, nicht verwendet werden, tritt hier zusätzlich kein Risiko auf, daß Übertragungsdrähte brechen könnten. Daher ist die keramische Heizvorrichtung im Hinblick auf die elektrischen Verbindungen sehr zuverlässig. Da das keramische Heizgerät geschliffen ist, um ebene Oberflächen aufzuweisen, so daß das keramische Heizelement von den ebenen Oberflächen her vorsteht, kann die Verringerung der Stärke an den geschliffenen Bereichen im Ver gleich zu dem Fall, daß der gesamte Umfang des keramischen Heizgeräts geschliffen ist, herabgesetzt werden, um einen kreisförmigen Querschnitt aufzuweisen. Da das keramische Heizelement durch Abschleifen exponiert wird, kann der Herstellungs prozess für das keramische Heizgerät vereinfacht werden. Die Zuführungsverbin dungsanschlüsse sind aus Gründen der Einfachheit der Ausbildung der Zuführungs verbindungsanschlüsse und der Einfachheit der zur Verbindung der Metallzuführun gen mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen notwendigen Arbeiten im wesentli chen in Form ebener Oberflächen ausgebildet, die im wesentlichen parallel zur Achse des keramischen Heizgeräts verlaufen. Da das keramische Heizgerät ge schliffen ist, um ebene Oberflächen aufzuweisen, so daß das keramische Heizele ment von den ebenen Oberflächen hervorsteht, kann weiterhin der Abstand zwischen den Zuführungen und dem metallischen Hauptkörper vergrößert werden. Somit kann das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den Zuführungen und dem metallischen Hauptkörper vermieden werden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine kera mische Heizvorrichtung zur Verfügung, die ein stabförmiges keramisches Heizgerät beinhaltet, das fest innerhalb einer Metallhülse angeordnet ist, so daß ein spitzes Ende des keramischen Heizgeräts von einem spitzen Ende der Metallhülse hervor steht, wobei die Metallhülse mit einem röhrenförmigen Hauptkörper aus Metall ver bunden ist, so daß das spitze Ende der Metallhülse von einem spitzen Ende des Hauptkörpers hervorsteht, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das keramische Heizgerät ein keramisches Basisglied aus einer isolierenden Keramik und ein kera misches Heizelement aus einer elektrisch leitenden Keramik, das in dem kerami schen Basisglied eingebettet ist, umfaßt, wobei das keramische Heizelement einen Wendepunkt an einem spitzen Ende aufweist, um so eine U-ähnliche Form auszubil den, und daß eine seitliche Oberfläche (äußere Umfangsoberfläche) des kerami schen Heizgeräts, die zu einem hinteren Ende davon benachbart ist, geschliffen ist, um ebene Oberflächen auf dem keramischen Heizgerät auszubilden, so daß gegen überliegende Endbereiche des keramischen Heizelementes von den ebenen Ober flächen hervorstehen, wobei die hervorstehenden Oberflächen des keramischen Hei zelementes als Zuführungsverbindungsanschlüsse verwendbar sind und Metallzufüh rungen zur Stromversorgung mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen hartverlö tet sind, und wobei die Zuführungsverbindungsanschlüsse innerhalb der Metallhülse angeordnet sind, so daß die Zuführungsverbindungsanschlüsse nicht von dem hinte ren Ende der Metallhülse hervorstehen.

In einer keramischen Heizvorrichtung gemäß des vorliegenden Ausführungs beispiels, in der die Zuführungsverbindungsanschlüsse in der Metallhülse angeord net sind, so daß die Zuführungsverbindungsanschlüsse nicht von dem hinteren Ende der Metallhülse hervorstehen, kann die Länge des keramischen Heizgeräts selbst verkürzt werden, so daß die Größe und die Herstellungskosten der keramischen Heizvorrichtung verringert werden können. Da das verkürzte keramische Heizgerät die Kontaktfläche mit der Metallhülse verkleinert, kann zusätzlich die Dissipation von Wärme unterdrückt werden, so daß die Temperatursteigerungsleistung vergrößert wird.

Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist das keramische Heizgerät vorzugsweise von einer inneren Umfangsoberfläche der Metallhülse in einem axialen Bereich auf der hinteren Endseite des spitzen Endes des metallischen Hauptkörpers (im folgenden als Hauptkörper bezeichnet) beabstandet. Wenn die keramische Heiz vorrichtung als Zündkerze verwendet wird, wirkt auf das keramische Heizgerät auf grund von z. B. Explosionen eine transversale äußere Kraft ein. Gleichzeitig ist der metallische Hauptkörper der keramischen Heizvorrichtung fest mit einem Motorkopf verbunden. Wenn also eine solche äußere Kraft auf das keramische Heizgerät ein wirkt, erfährt das keramische Heizgerät eine Biegekraft, die das keramische Heizge rät um das als feststehendes Ende dienende spitze Ende des metallischen Haupt körpers, herumbiegt. Da das keramische Heizgerät von einer inneren Umfangsober fläche der Metallhülse in einem axialen Bereich auf der hinteren Seite des spitzen Endes des metallischen Hauptkörpers beabstandet ist, kann die Erzeugung von Sprüngen im keramischen Heizgerät verhindert werden.

In der keramischen Heizvorrichtung gemäß noch eines weiteren Ausführungs beispiels sind die Metallzuführungen vorzugsweise unter Verwendung eines aktiven Hartlots mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen hartgelötet. Wird ein gewöhnli ches Hartlot, wie etwa ein Silberhartlot zum Hartlöten verwendet, sind die Zufüh rungsverbindungsanschlüsse vorzugsweise durch Dampfabscheidung oder Be schichtung metallisiert, so daß die Zuführungsverbindungsanschlüsse durch ein Hartlot benetzt werden können.

Das keramische Heizelement des keramischen Heizgeräts ist aus einer elek trisch leitenden Keramik ausgebildet, so daß ein Bereich am spitzen Ende des kera mischen Heizelementes einen höheren Widerstand aufweist, als ein Bereich am hin teren Ende des keramisch Heizelementes. Diese Anordnung ermöglicht, daß die Temperatur im Bereich des spitzen Endes des keramischen Heizelementes schnell erhöht werden kann.

Die keramische Heizvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vor liegenden Erfindung verwendet eine solche Verbindungsstruktur, daß gegenüberlie gende Endbereiche des keramischen Heizelementes von der seitlichen Oberfläche des keramischen Heizgeräts an Stellen nahe dem hinterem Ende des keramischen Heizgeräts hervorstehen, ohne daß Übertragungsdrähte aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt benutzt würden, wobei die hervorstehenden Oberflächen des kerami schen Heizelementes als Zuführungsverbindungsanschlüsse verwendet werden, und wobei Metallzuführungen zur Stromversorgung mit den Zuführungsverbindungsan schlüssen hartverlötet sind. Daher können die Flächen, über die die Zuführungen mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen verbunden sind, einfach vergrößert werden, indem die Zuführungsverbindungsanschlüsse so ausgebildet sind, daß sie eine große axiale Länge aufweisen. Da Übertragungsdrähte aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, das einen zu Keramik deutlich unterschiedlichen thermischen Aus dehnungskoeffizienten aufweist, nicht verwendet werden, besteht daher weiterhin nicht die Gefahr von Kabelbruch. Die keramische Heizvorrichtung ist somit im Hin blick auf die elektrische Verbindung höchst zuverlässig.

In einer keramischen Heizvorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbei spiels der vorliegenden Erfindung ist ein stabförmiger keramischer Heizer über eine Metallhülse, die an dem keramischen Heizgerät befestigt ist, um die äußere Um fangsoberfläche davon zu bedecken, befestigt. Diese keramische Heizvorrichtung erzielt die gleiche Wirkung wie die keramische Heizvorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels und ermöglicht es weiterhin, daß die Zuführungsverbindungs anschlüsse innerhalb der Metallhülse angeordnet werden, so daß die Zuführungs verbindungsanschlüsse nicht von dem hinteren Ende der Metallhülse hervorstehen, wie es im Falle der keramischen Heizvorrichtung gemäß weiterer Ausführungsbei spiele der Erfindung vorliegt. Selbst wenn das keramische Heizgerät an dem metalli schen Hauptkörper über eine Metallhülse befestigt ist, kann somit die Länge des ke ramischen Heizgeräts selbst verkürzt werden, so daß die Größe und die Kosten der keramischen Heizvorrichtung verringert werden können. Da der verkürzte kerami sche Heizgerät die Kontaktfläche mit der Metallhülse verringert, kann zusätzlich Wärmedissipation unterdrückt werden, so daß die Erhitzungsleistung verbessert ist.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren genauer erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen vorderen Längsquerschnitt einer keramischen Heizvorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereichs von Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 2;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung zur Erklärung eines Herstellungsprozesses des in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten keramischen Heizgeräts;

Fig. 7 einen Querschnitt eines zusammengefügten grünen keramischen Heiz geräts;

Fig. 8 eine erklärende Ansicht, die einen Zustand des grünen keramischen Heizgeräts zeigt, das gerade dem Heißpressen unterzogen wird;

Fig. 9 einen vergrößerten vorderen Längsschnitt eines Hauptbereichs eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 einen vergrößerten vorderen Längsschnitt eines Hauptbereichs eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie D-D in Fig. 10;

Fig. 12 einen vergrößerten vorderen Längsschnitt eines Hauptbereichs eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 einen vorderen Längsschnitt einer bekannten keramischen Heizvor richtung;

Fig. 14 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereichs von Fig. 13;

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 5 im folgenden genau beschrieben. In diesen Zeichnungen bezeichnet Bezugszeichen 1 eine keramische Heizvorrichtung (im vorliegenden Ausführungsbei spiel eine Zündkerze für Dieselmotoren), die ein im wesentlichen zylindrisch säulen förmiges keramisches Heizgerät 2, eine Metallhülse 3, die eine äußere Umfangs oberfläche 2b des keramischen Heizgeräts 2 umgibt, so daß ein halbkugelförmiges spitzes Ende 2a des keramischen Heizgeräts 2 von der Metallhülse 3 hervorsteht, und einen Hauptkörper 4, der so ausgebildet ist, daß er eine äußere Umfangsober fläche 3b der Metallhülse 3 umgibt und das keramische Heizgerät 2 hält, beinhaltet. Die keramische Heizvorrichtung 1 weist den folgenden Aufbau auf:
Das keramische Heizgerät 2 weist einen Aufbau auf, bei dem ein keramisches Heizelement 6 aus einer elektrisch leitenden Keramik und mit einer im wesentlichen U-ähnlichen Form in einem keramischen Basisglied 5, das aus einer isolierenden Keramik hergestellt ist, wie im Fall einer Kokille eingebettet ist, so daß ein U-förmiger Wendebereich 7a an dem spitzen Ende angeordnet ist. Das keramische Heizelement 6 ist so ausgebildet, daß es sich von dem am spitzen Ende 2a des keramischen Heizgeräts 2 befindlichen Wendebereich 7a zu dem hinteren Ende 2c des kerami schen Heizgeräts hin erstreckt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das ke ramische Heizelement 6 einen zusammengesetzten Aufbau auf, so daß ein den Wendebereich 7a beinhaltender Bereich am spitzen Ende 2a eines keramischen Heizelements 7, das eine Zusammensetzung mit hohem elektrischen Widerstand aufweist, ausgebildet ist und der verbleibende Bereich aus einem keramischen Hei zelement 8, das eine Zusammensetzung mit geringem elektrischen Widerstand um faßt, ausgebildet ist. Obwohl Schenkel 9 des keramischen Heizelements 6 vor dem Brennen jeweils einen kreisförmigen transversalen Querschnitt aufweisen, weisen die Schenkel 9 des keramischen Heizelementes jeweils einen elliptischen transversalen Querschnitt auf, da das keramische Heizelement 6 in einer solchen Richtung heißge preßt wird, daß sich der Abstand zwischen den Schenkeln verringert, um so gleich zeitiges Brennen zu ermöglichen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine zylindrische Hülse 3 aus Metall (z. B. Incology 903) auf das keramische Heizgerät 2 auf eine Weise aufgepaßt, daß die äußere Umfangsoberfläche 2b des keramischen Heizgeräts, anders als die ge genüberliegenden Enden 2a und 2c, durch die Metallhülse 3 bedeckt ist. Das kera mische Heizgerät 2 ist in die Metallhülse 3 dehngepaßt, wobei ein Silberhartlot zwi schen eine innere Umfangsoberfläche 3d der Metallhülse 3 und die äußere Um fangsoberfläche 2b des keramischen Heizgeräts 2 eingebracht ist. Die Metallhülse 3 ist über einen Bereich des äußeren Umfangsbereichs 3b der Metallhülse 3, der zu einem hinteren Ende 3c davon benachbart ist, in einen Endbereich (Spitzenendbe reich) des Hauptkörpers 4 eingebracht. Das heißt, daß das keramische Heizgerät 2 an dem Hauptkörper 4 so befestigt ist, daß ein Endbereich (oberer Endbereich in Fig. 1) der Metallhülse 3 in einem Endbereich (unterer Endbereich in Fig. 1) eines zylin drischen Bereichs des Hauptkörpers 4 fest eingesetzt ist, d. h., daß ein Bereich 14 mit kleinerem Durchmesser einen verkleinerten inneren Durchmesser aufweist. Es ist zu bemerken, daß der äußere Umfangsbereich 3b der Metallhülse 3 und eine innere Umfangsoberfläche 4d des Bereichs 14 mit kleinerem Durchmesser des Hauptkör pers 4 durch Hartlöten befestigt sind, wobei ein Hartlot mit einem Schmelzpunkt ver wendet wird, der geringer ist als der Schmelzpunkt des zwischen der inneren Um fangsoberfläche 3d der Metallhülse 3 und der äußeren Umfangsoberfläche 2b des keramischen Heizgeräts 2 verwendeten Hartlots. Das spitze Ende 2a des kerami schen Heizgeräts 2 steht von einem spitzen Ende 4a des Hauptkörpers 4 um ein ge eignetes Maß hervor (abwärts in Fig. 1), und das spitze Ende 3a der Metallhülse 3 steht vom Hauptkörper 4 um ein geeignetes Maß hervor. Im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel bedeckt die Metallhülse 3 ungefähr die Hälfte des hervorstehenden Bereichs des keramischen Heizgeräts 2.

Als nächstes wird nun die Struktur zum Verbinden der Metallzuführungen 15 und 16 mit dem keramischen Heizelement 6 im keramischen Heizgerät 2 beschrie ben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel steht das hintere Ende 2c (oberer Endbe reich in Fig. 1) des keramischen Heizgeräts 2 in den Hauptkörper 4 hervor. Im vorlie genden Ausführungsbeispiel sind das keramische Basisglied 5 und das keramische Heizelement 6 geschliffen, so daß gegenüberliegende äußere Oberflächen hinterer Bereiche (d. h. Bereiche, die zu den hinteren Enden 6c benachbart sind) der Schen kel 9 des keramischen Heizelementes 6 von ebenen Oberflächen, die sich in die selbe Richtung parallel zur Achse G des keramischen Heizgeräts 2 erstrecken und dieselbe Länge entlang der Achse G aufweisen, hervorstehen. Die hervorstehenden Oberflächen der Schenkel des keramischen Heizelementes 6 werden als Zufüh rungsverbindungsanschlüsse 11 verwendet. Die Länge der Zuführungsverbindungs anschlüsse 11 entlang der Achse G wird unter Berücksichtigung der Breite der Zufüh rungen 15 und 16 und anderer Faktoren gewählt, so daß die Zuführungen 15 und 16 mit den Anschlüssen 11 mit genügender Stärke verbindbar sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die ebenen Oberflächen, die als Zuführungsverbindungs anschlüsse 11 dienen, parallel zueinander.

Die hervorstehenden Oberflächen der Schenkel des keramischen Heizele mentes 6, das das keramische Heizgerät 2 ausmacht, werden als Zuführungsverbin dungsanschlüsse 11 verwendet, wobei jeweilige erste Enden 15a und 16a der Me tallzuführungen 15 und 16 (Breite: 2 mm; Dicke: 0,5 mm), die aus Nickel gebildet sind, mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen 11 unter Verwendung eines aktiven Hartlots (z. B. 70Ag-28Cu-2Ti) hartverlötet sind. Ein zweites Ende 16b der Zufüh rung 16 ist mit einem Ende eines Metallstabs 17 zur Stromversorgung, der in einen oberen Endbereich des Hauptkörpers 4 entlang der Achse G eingesetzt ist, ver schweißt. Ein zweites Ende 15b der Zuführung 15 ist mit einer Metallzuführungsröhre 18 zur Endverbindung, die auf den Metallstab 17 aufgesetzt ist, wobei sie gleichzeitig durch ein Glasdurchführungsmaterial davon isoliert ist, hartverlötet.

Ein zur Befestigung in einem Befestigungsbereich (ein mit Gewinde versehe nes Loch) eines nicht gezeigten Zylinderkopfes verwendeter Schraubbereich 12 ist an einem äußeren Umfang des Hauptkörpers 4 vorgesehen, und ein hexagonaler Bereich 13 zur Befestigung ist über dem Schraubbereich 12 vorgesehen. Ein Ring 19 ist über ein Glasdurchführungsmaterial fest auf die den Metallstab 17 zur Stromver sorgung tragende Metallzuführungsröhre 18 aufgesetzt. Der Ring 19 ist in eine Boh rung mit größerem Durchmesser im hexagonalen Bereich 13 des Hauptkörpers 4 eingepaßt, so daß der Metallstab und andere Komponenten ausgerichtet werden. Es ist zu bemerken, daß der Metallstab und andere Komponenten durch Aufspreizen eines hinteren Endbereichs 4c des Hauptkörpers 4 auf solche Weise befestigt sind, daß der hintere Endbereich 4c nach innen gebogen ist. Weiterhin ist ein Befesti gungsring 21 auf einer äußeren Umfangsoberfläche der Zuführungsröhre 18 von ih rer oberen Seite her mit einem dazwischen angeordneten Isolierring 20 preßgefittet ist. Damit ist die keramische Heizvorrichtung 1 vollständig, und, obwohl im vorliegen den Ausführungsbeispiel die Zündkerze ungeschliffen ist, kann die Zündkerze auch geschliffen sein. In diesem Fall ist das zweite Ende 15b der Metallzuführung 15 für negative Polarität mit z. B. dem hinteren Ende 3c der Metallhülse 3 verschweißt oder hartverlötet.

Wenn das aus einer elektrisch leitenden Keramik hergestellte keramische Hei zelement 6 mit Strom versorgt wird, erzeugt die keramische Heizvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Hitze mittels Widerstandserhitzung. Anders als im Fall bekannter Zündkerzen werden keine Übertragungsdrähte aus einem Me tall mit hohem Schmelzpunkt zum Herstellen der Verbindung zwischen dem kerami schen Heizelement 6 und den Metallzuführungen 15 und 16 verwendet. Das heißt, daß die Verbindungsflächen der Metallzuführungen 15 und 16 auf den Zuführungs verbindungsanschlüssen 11 hinreichend groß gemacht werden können, da die Me tallzuführungen 15 und 16 direkt mit dem keramischen Heizelement 6 verbunden sind. Da keine Übertragungsdrähte in dem keramischen Basisglied 5 eingebettet sind, tritt weiterhin kein Problem durch Brechen von Übertragungsdrähten aufgrund von Eigenspannung während des Herstellungsprozesses des keramischen Heizgeräts 2 auf. Ein Brechen der Drähte tritt daher kaum auf und eine verläßliche elektrische Verbindung kann ermöglicht werden, selbst wenn die keramische Heizvorrichtung als Zündkerze unter schwierigen Umgebungsbedingungen verwendet wird, bei denen die keramische Heizvorrichtung großen thermischen Schocks ausgesetzt wird. Da die beiden Zuführungsverbindungsanschlüsse 11 eben ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind, können in diesem Ausführungsbeispiel die Zuführungsverbindungsanschlüsse 11 mit Leichtigkeit durch Schleifen ausgebildet werden, und die Metallzuführungen 15 und 16 können mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen 11 über große Verbindungsflächen verbunden werden. Weiterhin kann Wärme schnell durch Widerstandsheizen erzeugt werden, da das keramische Heizelement 8 auf der hinteren Endseite einen geringeren Widerstand aufweist als das keramische Heizelement 7 auf der spitzen Endseite.

Anhand der Fig. 6 bis 8 wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines kerami schen Heizgeräts 2, das eine solche Zündkerze bildet, beschrieben. Ein grünes ke ramisches Heizelement 26 mit kreisförmigen transversalen Querschnitt ist so ausge bildet, daß es eine U-ähnliche Form und jeweils unterschiedliche Widerstandswerte im Bereich der Spitze und des rückseitigen Endes aufweist. Grüne Keramikhälften zum Ausbilden des keramischen Basisglieds 5 werden aus isolierender Keramik durch Preßformen separat ausgebildet. Die grünen Keramikhälften weisen zusam menpassende Oberflächen auf, die zu einer die jeweiligen Achsen der beiden Schenkel der grünen Keramikheizelemente 26 beinhaltenden imaginären Ebene ge hören. Zwischen die grünen Keramikhälften ist das grüne Keramikheizelement 26 eingeschoben, um so die Form des keramischen Heizgeräts auszubilden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist das grüne keramische Heizelement 26 in der auf den zusammenpas senden Oberflächen der grünen Keramikhälften 25 ausgebildeten U-förmigen Ver tiefungen 27 angeordnet und dazwischen eingeschoben. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird auf diese Weise ein integrierter grüner keramischer Heizer 22 erhalten.

Wie in Fig. 8 gezeigt, wird darauffolgend das grüne keramische Heizgerät 22 heißgepreßt und zwar in einer solchen Richtung, daß der Abstand zwischen den Schenkeln des keramischen Heizelementes 6 verringert wird. Somit wird gleichzeiti ges Brennen erreicht. Der so ausgebildete gebrannte Körper weist außer für den halbkugelförmigen Spitzenbereich die Form einer kreisförmigen Säule auf. Anschlie ßend wird die äußere Umfangsoberfläche 2b poliert und die durch die doppelt ge punkteten Linien in Fig. 7 bezeichneten Bereiche des keramischen Heizgeräts, d. h. die gegenüberliegenden äußeren Bereiche der hinteren Endbereiche der Schenkel 9 des keramischen Heizelementes 6 und die zugehörigen Bereiche des keramischen Basisglieds 5 werden geschliffen, um ebene Oberflächen an den gegenüberliegen den Seiten des keramischen Heizgeräts auszubilden, so daß das keramische Heize lement 6 an diesen Oberflächen hervorsteht.

Bei einem keramischen Heizgerät 2, das in der oben beschriebenen Art und Weise hergestellt wurde, werden die hervorstehenden Oberflächen der Schenkel des keramischen Heizelementes 6 als Zuführungsverbindungsanschlüsse verwendet. Die ersten Enden 15a und 16a der Metallzuführungen (Breite: 2 mm; Dicke: 0,5 mm) 15 und 16, die aus einem Nickelstreifen ausgebildet sind, werden unter Verwendung eines aktiven Hartlots (z. B. 70Ag-28Cu-2Ti) mit den Zuführungsverbindungsan schlüssen 11 bei 900°C im Vakuum hartverlötet. Bei dem vorliegenden Ausführungs beispiel wird das Hartlöten der Metallzuführungen 15 und 16 ausgeführt nachdem die Metallhülse 3 bei 1100°C in einer Stickstoffatmosphäre auf das keramische Heizge rät 2 dehngepaßt wurde, wobei ein Silberhartlot zwischen der Metallhülse und dem keramischen Heizgerät 2 angewendet wird aber bevor die Metallhülse 3 mit dem Hauptkörper 4 hartverlötet wird. Anschließend wird das zweite Ende der Metallzufüh rung 16 mit dem Endbereich des Metallstabs 17 zur Stromversorgung verschweißt, und das zweite Ende der Metallzuführung 15 wird mit der Metallzuführungsröhre 18 zur Endverbindung, die auf den Metallstab 17 aufgesetzt ist und davon durch ein Glasdurchführungsmaterial isoliert ist, verschweißt. Eine Anordnung von Hauptkom ponenten, einschließlich des keramischen Heizgeräts 2 mit der Metallhülse 3 auf den Metallstab 17 aufgesetzt, wird in den Hauptkörper 4 in der oben beschriebenen Art und Weise eingesetzt. Anschließend wird die Metallhülse 3 mit dem Hauptkörper 4 unter Verwendung eines Hartlots (z. B. 56Ag-22Cu-17Zn-5Sn) mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als dem des in dem bisherigen Prozess verwendeten Hartlots hart verlötet. Abschließend wird das hintere Ende des Hauptkörpers 4 aufgespreizt und der Befestigungsring 21 über den Isolationsring preßgefittet, um die keramische Heiz vorrichtung 1 zu vervollständigen.

Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 9 erläutert. Eine keramische Heizvorrichtung 31 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine verbesserte Version der keramischen Heizvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei kein wesentlicher Unterschied zwischen beiden besteht. Daher wird im folgenden hauptsächlich der Abschnitt beschrieben, in dem sich das vorliegende Ausführungsbeispiel von dem ersten unterscheidet. Die mit der kerami schen Heizvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels identischen Strukturele mente sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und eine Wiederholung ihrer Beschreibung wird weggelassen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein hinterer Endbereich eines kerami schen Heizgeräts 22 so geschliffen, daß gegenüberliegende äußere Oberflächen der Schenkel des U-förmigen keramischen Heizelementes 6 hervorstehen und als Zufüh rungsverbindungsanschlüsse 11 verwendbar sind. Weiterhin ist das hintere Ende 2c des keramischen Heizgeräts 32, an dem die Zuführungsverbindungsanschlüsse 11 ausgebildet sind, innerhalb der Metallhülse 3 angeordnet, d. h., daß das hintere Ende 2c des keramischen Heizgeräts 32 nicht hervorsteht, sondern von dem hinteren Ende 3c der Metallhülse 3 zurücktritt. Da die Zuführungsverbindungsanschlüsse 11 inner halb der Metallhülse 3 vorgesehen sind und Metallzuführungen 15 und 16 mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen 11 verbunden sind, kann beim vorliegenden Ausführungsbeispiel das keramische Heizgerät 32 um z. B. 20 mm verkürzt werden. Aus Sicht der Montage ist es bevorzugt, daß nach dem Hartlöten der Zuführungen 15 und 16 die Metallhülse 3 auf das keramische Heizgerät 32 dehngepaßt wird, wäh rend sie unter Verwendung eines Hartlots damit hartverlötet wird. In diesem Fall wird die Metallhülse 3 mit dem keramischen Heizgerät 32 unter Verwendung eines Hart lots hartverlötet, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als den eines Hartlots zum Hartlöten der Metallzuführungen 15 und 16 mit den Zuführungsverbindungsan schlüssen 11 aufweist. Beispielsweise wird die Metallhülse 3 mit dem keramischen Heizgerät 32 bei 900°C unter Verwendung eines eutektischen Silber-Kupfer-Hartlots hartverlötet, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als ein aktives Hartlot, mit dem die Metallzuführungen 15 und 16 mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen 11 bei 1080°C in Vakuum hartverlötet werden. Das aktive Hartlot kann z. B. 91Cu-3Si-3Pd-3Ti sein.

Da die Länge des keramischen Heizgeräts 32 verkürzt werden kann, kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Menge des verbrauchten keramischen Materi als reduziert werden. Daraus folgend können die Herstellungskosten der kerami schen Heizvorrichtung 31 gesenkt und die Größe der keramischen Heizvorrichtung 31 verringert werden. Da der verkürzte keramische Heizgerät die Kontaktfläche mit der Metallhülse 3 verringern kann, kann zusätzlich Wärmedissipation unterdrückt werden, so daß die Erhitzungsleistung verbessert ist und der Effekt der Stromeinspa rung vergrößert wird. Das keramische Heizelement 6 kann ein einzelnes kerami sches Heizelement mit einer gleichförmigen Zusammensetzung sein oder eine zu sammengesetzte Struktur aufweisen, so daß ein Heizelement an einer hinteren End seite einen niedrigeren Widerstand als ein keramisches Heizelement an einer spitzen Seite aufweisen kann.

Als nächstes wird anhand der Fig. 10 und 11 ein drittes Ausführungsbeispiel erläutert. Die keramische Heizvorrichtung 41 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist auch eine verbesserte Version der keramischen Heizvorrichtung gemäß dem er sten Ausführungsbeispiel und zwischen ihnen bestehen keine wesentlichen Unter schiede. Daher wird hauptsächlich der vom ersten Ausführungsbeispiel abweichende Bereich beschrieben. Die mit denen der keramischen Heizvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels identischen Strukturelemente werden durch dieselben Bezugs zeichen bezeichnet und eine Wiederholung ihrer Beschreibung wird weggelassen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel steht wiederum das hintere Ende 2c ei nes keramischen Heizgeräts 42 nicht vom hinteren Ende 3c der Metallhülse 3 hervor. Der Durchmesser der inneren Umfangsoberfläche der Metallhülse 3 ist in einem axialen Bereich über einer Stelle leicht unterhalb der des spitzen Endes 4a des Hauptkörpers 4 vergrößert, so daß das keramische Heizgerät 42 von der inneren Umfangsoberfläche 3d der Metallhülse 3 in einem sich auf der hinteren Seite (obere Seite in Fig. 10) das spitzen Endes 4a des Hauptkörpers 4 befindlichen axialen Be reich beabstandet ist. Das heißt, daß der innere Durchmesser der Metallhülse 3 in einem axialen Bereich über der Linie P-P in Fig. 10 leicht vergrößert ist, als der Durchmesser in einem axialen Bereich unter der Linie P-P (siehe Fig. 11). Daher sind nicht nur die zu den Zuführungsverbindungsanschlüssen 11 zugehörigen Bereiche, sondern auch die äußere Umfangsoberfläche 5s des keramischen Basisgliedes 5, die sich zwischen den Zuführungsverbindungsanschlüssen 11 erstreckt, von der in neren Umfangsoberfläche 3d der Metallhülse 3 beabstandet.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Länge des keramischen Heiz geräts 42 im Vergleich zu dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels verkürzt werden (z. B. um 5 mm). Zusätzlich kann sogar wenn eine äußere Kraft auf das keramische Heizgerät 42 z. B. wegen einer Explosion einwirkt und das kerami sche Heizgerät 42 um das spitze Ende 4a des metallischen Hauptkörpers 4, das als ein feststehendes Ende dient, gebogen wird, die an dem spitzen Ende 4a des Haupt körpers 4 angeordnete Metallhülse 3 jede durch die äußere Kraft verursachte Ver schiebung aufnehmen. Das heißt, daß im vorliegenden Ausführungsbeispiel das ke ramische Heizgerät 42 von der inneren Umfangsoberfläche 3d der Metallhülse 3 in einer auf der hinteren Seite des feststehenden Endes, d. h. dem spitzen Ende 4a des metallischen Hauptkörpers 4, befindlichen axialen Bereich beabstandet ist. Der obige Aufbau verhindert somit effektiv das Auftreten von Sprüngen im keramischen Heizge rät 42 oder das Brechen von Drähten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zwischen dem keramischen Heizgerät 42 und dem Bereich der Metallhülse 3 mit größerem Durchmesser definierte Raum leer. Jedoch kann dieser Raum mit einem isolierenden hitzeresistenten Material oder Glas zur Verbindung des keramischen Heizgeräts 42 mit der Metallhülse 3 gefüllt werden. Die Befestigung durch Verwen dung eines solchen Materials verhindert, daß das keramische Heizgerät 42 in das Innere eines Motors fällt. Beispiele eines isolierenden Materials beinhalten Epoxid harze, Silikonharze, Teflonharze, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid. Beispiele des Glases beinhalten SiO₂-B₂O₃-R₂O und SiO₂-B₂ O₃-Al₂ O₃, wobei R ein Alkalimetall (Li, Na, Ba) bezeichnet. Wenn ein Glas verwendet wird, so ist der Schmelzpunkt des Glases vorzugsweise höher angesetzt als die Temperatur des Hartlötens zwischen dem Hauptkörper 4 und der Metallhülse 3 und niedriger angesetzt als die Temperatur des Dehnpassens zwischen dem keramischen Heizgerät 42 und der Metallhülse 3, das durch Verwendung eines Hartlots bewirkt wird.

Drei Arten von Zündkerzen (Proben Nr. 1 bis 3) entsprechend der oben be schriebenen Ausführungsbeispiele 1 bis 3 wurden auf einer Vibrationsprüfmaschine geprüft, um ihre Haltbarkeit zu ermitteln (10 Zündkerzen pro Ausführungsbeispiel wurden geprüft). Die Haltbarkeit ist auf Grundlage der Anzahl von Zündkerzen, die einen Kabelbruch erlitten, ermittelt worden. Der Haltbarkeitstest wurde über 5000 Zyklen durchgeführt, wobei in jedem davon jede Probe einer Beschleunigung von 300 G ausgesetzt wurde, über den gesamten Bereich von 0 bis 1000 Hz. In einem Vergleichsbeispiel wurde ein in den Fig. 13 und 14 gezeigter bekannter Aufbau ge wählt, bei dem Übertragungsdrähte (Wolframdrähte mit einem Durchmesser von 0,4 mm) zum Verbinden von Nickelzuführungen mit einem keramischen Heizelement in einem keramischen Basisglied aus isolierender Keramik eingebettet wurden, wobei Endbereiche der Übertragungsdrähte von einer seitlichen Oberfläche eines hinteren Endbereichs des keramischen Heizgeräts hervorstanden, um Anschlüsse zur Verfü gung zu stellen, und wobei die Nickelzuführungen mit den Anschlüssen unter Ver wendung eines Silberhartlots hartverlötet waren. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Jedes der keramischen Heizgeräte weist einen Durchmesser von 3,5 mm und eine Länge von 40 mm auf. Die das keramische Basisglied ausmachende Keramik enthält als vorwiegenden Bestandteil Siliciumnitrit (Si₃N₄: 85 Gew.-%, Seltene-Erden- Oxide; 10 Gew.-%, SiO₂: 5 Gew.-%). Das keramische Heizelement enthält Siliciumni trit und Wolframcarbit (WC) als vorwiegende Bestandteile. Jedoch weist im ersten Ausführungsbeispiel die spitze Endseite des keramischen Heizelements eine Zu sammensetzung aus 50 Gew.-% WC, 44 Gew.-% Si₃N₄, 4 Gew.-% Seltene-Erden- Oxide und 2 Gew.-% SiO₂ auf und das keramische Heizelement auf der hinteren Endseite weist eine Zusammensetzung aus 60 Gew.-% WC, 35 Gew.-% Si₃N₄, 3 Gew.-% Seltene-Erden-Oxide und 2 Gew.-% SiO₂ auf. In dem zweiten und dem drit ten Ausführungsbeispiel weist das keramische Heizelement eine Zusammensetzung aus 55 Gew.-% WC, 40 Gew.-% Si₃N₄, 3 Gew.-% Seltene-Erden-Oxide und 2 Gew.-% SiO₂ auf.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist in vier der zehn Zündkerzen des Vergleichs beispiels Kabelbruch beobachtet worden, wohingegen kein Kabelbruch in den Zünd kerzen gemäß der vorliegenden Erfindung beobachtet wurde. Die vier Zündkerzen, bei denen Kabelbruch aufgetreten ist, umfassen drei Zündkerzen, bei denen die Metallzuführungen von den Zuführungsverbindungsanschlüssen abblätterten.

Im folgenden wurden gleiche Proben wie die in der oben beschriebenen Prü fung einem weiteren Haltbarkeitstest unterworfen. Jede Probe wurde an ein Gaspha senprüfgerät für einen thermischen Schock angebracht und 5000 Erhitzungs-Abküh lungs-Zyklen (-65°C (1 Stunde)/+ 500°C (1 Stunde)) ausgesetzt und anschließend einer Durchgangsprüfung unterzogen. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, wurde Kabelbruch in acht der zehn Zündkerzen des Vergleichsbeispiels beobachtet und der Durchgangstest ergab, daß die zwei Zündkerzen, die keinen Kabelbruch aufwiesen, beide eine Widerstandserhöhung zeigten, wodurch für sie eine große Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Kabel bruch oder Trennung der Verbindungsbereiche besteht. Im Gegensatz dazu ist we der Kabelbruch noch ein Durchgangsproblem in den Zündkerzen gemäß den Ausfüh rungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beobachtet worden.

Fig. 12 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einer keramischen Heizvorrichtung 51 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Zuführungsverbindungsanschlüsse 11, während sie bezüglich einer die Achse G des keramischen Heizgeräts 2 beinhaltenden imaginären Ebene abgewin kelt sind, so ausgebildet, daß das hintere Ende 2c des keramischen Heizgeräts 2 in Keilform ausgebildet ist, obwohl die Zuführungsverbindungsanschlüsse 11 des kera mischen Heizgeräts 2 eben sind. In diesem Fall sind die Metallzuführungen 15 und 16 mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen 11 wie folgt verlötet: Nachdem End bereiche der Metallzuführungen 15 und 16 mit den Zuführungsverbindungsanschlüs sen 11 in Kontakt gebracht worden sind, wird eine Aufspannvorrichtung (zeitweilige Befestigung) 61, die wie in der Zeichnung gezeigt, eine ringähnliche Form aufweist, gegen die Endbereiche der Metallzuführungen 15 und 16 gedrückt, die mit den Zu führungsverbindungsanschlüssen 11 verbunden werden sollen. Auf diese Weise können die Metallzuführungen 15 und 16 zeitweilig fixiert werden, um so die Hart lötarbeiten zu ermöglichen.

In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die durch das keramische Heizelement gebildeten Zuführungsverbindungsanschlüsse vorzugs weise während des Brennens des keramischen Heizgeräts nicht exponiert und wer den durch Schleifen oder Polieren exponiert. Jedoch können die Zuführungsverbin dungsanschlüsse auf solche Art ausgebildet werden, daß die Zuführungsverbin dungsanschlüsse während des Brennens des keramischen Heizgeräts exponiert sind und durch Schleifen oder Polieren endbearbeitet werden.

Es ist nicht notwendig, daß die Zuführungsverbindungsanschlüsse des kerami schen Heizelementes an gegenüberliegenden äußeren Oberflächen der Schenkel des keramischen Heizelementes ausgebildet sind, sondern sie können an beliebigen Stellen ausgebildet werden, insofern die Zuführungsverbindungsanschlüsse an einer seitlichen Oberfläche des keramischen Basisglieds benachbart zu einem hinteren Ende davon vorgesehen sind. Wenn die Metallzuführungen ebene Plättchen oder Streifen sind, sind die Zuführungsverbindungsanschlüsse unter dem Gesichtspunkt des Hartlötens vorzugsweise so ausgebildet, daß sie ebene Oberflächen aufweisen.

Die Zusammensetzung des keramischen Heizelementes, das das keramische Heizgerät gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ausmacht, ist nicht auf die oben beschriebenen Zusammensetzungen beschränkt. Das kerami sche Heizelement kann aus einer elektrisch leitenden Keramik ausgebildet sein, die eine in Übereinstimmung mit der Anwendung der keramischen Heizvorrichtung und anderen Faktoren bestimmte Zusammensetzung aufweist. Gleichermaßen kann das keramische Basisglied aus einer isolierenden Keramik mit einer in Übereinstimmung mit dem Anwendungsbereich der keramischen Heizvorrichtung und anderen Fakto ren bestimmten Zusammensetzung ausgebildet sein. Das heißt, daß der gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendete keramische Heizge rät durch geeignete Auswahl von Materialien und ihrer Zusammensetzung in Über einstimmung mit dem Anwendungsbereich der keramischen Heizvorrichtung und an deren Faktoren ausgebildet werden kann.

In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist als ein Beispiel für die keramische Heizvorrichtung eine Zündkerze beschrieben worden. Die Anwen dung der keramischen Heizvorrichtung ist allerdings nicht darauf beschränkt und die keramische Heizvorrichtung kann in einem weiten Anwendungsbereich eingesetzt werden, wobei ihr Design frei geändert werden kann, ohne aus dem Bereich der Er findung herauszuführen.

Bezugszeichen

1

,

31

,

41

Keramische Heizvorrichtung

2

Keramischer Heizer

2

a spitzes Ende des keramischen Heizgeräts

2

b äußere Umfangsoberfläche (seitliche Oberfläche) des keramischen Heiz geräts

2

c hinteres Ende des keramischen Heizgeräts

3

Metallhülse

3

a spitzes Ende der Metallhülse

3

c hinteres Ende der Metallhülse

3

d innere Umfangsoberfläche der Metallhülse

4

metallischer Hauptkörper

4

a spitzes Ende des metallischen Hauptkörpers

5

keramisches Basisglied

6

,

7

,

8

keramisch Heizelement

6

c Endbereich des keramischen Heizelements

11

Zuführungsverbindungsanschluß

15

,

16

Metallzuführung
G Achse des keramischen Heizgeräts

Claims

1. Keramische Heizvorrichtung, beinhaltend ein stabförmiges keramisches Heiz gerät (2), das ein aus einer isolierenden Keramik hergestelltes keramisches Basisglied (5) und ein keramisches Heizelement (6), das aus einer elektrisch leitenden Keramik hergestellt und in dem keramischen Basisglied eingebettet ist umfaßt, wobei das keramische Heizelement (6) einen Wendepunkt an einem spitzen Ende (2a) des keramischen Heizgeräts (2) aufweist, um so eine U-ähnliche Form zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine seitliche Oberfläche des keramischen Heizgeräts, die zu einem hinteren Ende (6c) davon benachbart ist, geschliffen ist, um ebene Oberflächen auf dem keramischen Heizgerät auszubilden, so daß gegenüberliegende Endbe reiche des keramischen Heizelements (6) aus den ebenen Oberflächen her vorstehen, wobei die hervorstehenden Oberflächen des keramischen Heize lementes als (11) verwendbar sind, und wobei Metallzuführungen (15, 16) zur Stromversorgung mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen (11) hartverlö tet sind.

2. Keramische Heizvorrichtung, beinhaltend ein in einem aus Metall hergestellten röhrenförmigen Hauptkörper (4) fest angeordnetes stabförmiges keramisches Heizgerät (2), so daß ein spitzes Ende (2a) des keramischen Heizgeräts aus dem Hauptkörper hervorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Heizgerät (2) ein aus einer isolierenden Keramik hergestelltes keramisches Basisglied (5) und ein aus einer elektrisch leitenden Keramik hergestelltes und in dem keramischen Basisglied (5) eingebettetes keramisches Heizelement (6) umfaßt, wobei das keramische Heizelement (6) einen Wendepunkt an einem spitzen Ende (2a) des keramischen Heizgeräts aufweist, um so eine U-ähnliche Form auszubilden, und wobei eine seitliche Oberfläche des keramischen Heizgeräts, die zu einem hinteren Ende (6c) davon benachbart ist, geschliffen ist, um auf dem keramischen Heizgerät ebene Oberflächen auszubilden, so daß gegenüberliegende Endbereiche (6c) des keramischen Heizelementes (6) von den ebenen Oberflächen hervorstehen, wobei die hervorstehenden Oberflächen des keramischen Heizelementes als Zuführungsverbindungsanschlüsse (11) benutzbar sind und wobei metallische Anschlüsse zum Zuführen von Elektrizität mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen (11) hartverlötet sind.

3. Keramische Heizvorrichtung, beinhaltend ein in einer metallischen Hülse (3) fest angeordnetes stabförmiges keramisches Heizgerät (32), so daß ein spit zes Ende (2a) des keramischen Heizgeräts (32) von einem spitzen Ende (3a) der Metallhülse (3) hervorsteht, wobei die Metallhülse an einem aus Metall hergestellten röhrenförmigen Hauptkörper (4) befestigt ist, so daß das spitze Ende (3a) der Metallhülse von einem spitzen Ende (4a) des Hauptkörpers (4) hervorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Heizgerät (32) ein aus einer isolierenden Keramik hergestell tes Basisglied (5) und ein aus einer elektrisch leitenden Keramik hergestelltes und in dem keramischen Basisglied (5) eingebettetes keramisches Heizelement (6) aufweist, wobei das keramische Heizelement (6) einen Wendepunkt an einem spitzen Ende (2a) des keramischen Heizgeräts (32) aufweist, um so eine U-ähnliche Form auszubilden, und wobei eine seitliche Oberfläche des keramischen Heizgeräts, die zu einem hinteren Ende davon benachbart ist, geschliffen ist, um ebene Oberflächen auf dem keramischen Heizgerät auszubilden, so daß gegenüberliegende Endbereiche (2c) des keramischen Heizelementes von den ebenen Oberflächen hervorstehen, wobei die hervorstehenden Oberflächen des keramischen Heizelementes als Zuführungsverbindungsanschlüsse (11) verwendbar sind, und wobei metallische Zuführungen (15, 16) zur Stromversorgung mit den Zuführungsverbindungsanschlüssen (11) hartverlötet sind, und wobei die Zuführungsverbindungsanschlüsse (11) innerhalb der Metallhülse angeordnet sind, so daß die Zuführungsverbindungsanschlüsse nicht von einem hinteren Ende (3c) der Metallhülse hervorstehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Heizgerät (42) von einer inneren Umfangsoberfläche (3d) der Metallhülse (3) in einem axialen Bereich auf der hinteren Endseite des spitzen Endes (4a) des metallischen Hauptkörpers (4) getrennt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsverbindungsanschlüsse (11) ebene Oberflächen aufweisen, die im wesentlichen parallel zur Achse des keramischen Heizgeräts (2, 32, 42) verlaufen.

6. Keramische Heizvorrichtung mit einem stabförmigen keramischen Heizgerät (2), das ein Basisglied (5) aus isolierender Keramik und ein in dem Basisglied (5) eingebettetes, im wesentlichen U-förmiges keramisches Heizelement (6) aus elektrisch leitender Keramik umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät so angeschliffen ist, daß die dadurch offenliegenden Stellen des Heizelements (6) als Kontakte (11) mit einer Stromzuführung (15, 16) hartverlötet werden können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (2) an einem metallischen Hauptkörper (4) angebracht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der metallischen Hauptkörper (4) röhrenförmig ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (2a) des Heizgeräts (2) aus dem metallischen Hauptkörper (4) hervorsteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (2) an einer Metallhülse (3) angebracht ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (2a) des Heizgeräts (2) aus der Metallhülse (3) hervorsteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse an einem metallischen Hauptkörper (4) angebracht ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (11) an einem der Spitze (2a) entgegengesetzen Ende des Heizgeräts (2) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (11) ebene Oberflächen aufweisen, die im wesentlichen parallel zur Längsachse (G) des Heizgeräts (2) verlaufen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (11) ebene Oberflächen aufweisen, die gegenüber der Längsachse (G) des Heizgeräts (2) abgewinkelt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (2) von der Innenseite des Hauptkörpers (4) zumindest im Bereich der Kontakte (11) beabstandet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (2) von der Innenseite der Hülse (3) zumindest im Bereich der Kontakte (11) beabstandet ist.

18. Verfahren zur Montage einer Stromzuführung an ein Heizgerät gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufspannvorrichtung (61) zeitweilig die Stromzuführungen (15, 16) gegen die Kontakte (11) drückt, um die Stromzuführungen (15, 16) zu fixieren.