DE102004055218A1

DE102004055218A1 - Glühkerze und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102004055218A1
Application number: DE102004055218A
Authority: DE
Inventors: Ikuya Kariya Ando
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2005-07-07
Also published as: JP2005147533A; FR2865264A1; JP4093175B2; US7560666B2; US20050104496A1; FR2865264B1

Abstract

Eine Glühkerze hat eine Hülse (20), die durch Einpressen mit einem Gehäuse (10) verbunden ist, wobei darin ein keramischer Heizkörper (30) gehalten wird. Ein am Heizkörper frei liegender Leitungsdraht (34) ist elektrisch mit einer Innenfläche der Hülse verbunden, sodass ein Verbindungsabschnitt (36) gebildet wird. Die Lagen des Verbindungsabschnitts und eines zwischen der Hülse und dem Gehäuse gebildeten Einpressabschnitts (23) sind relativ zueinander entlang einer Axialrichtung des Gehäuses versetzt. Der Verbindungsabschnitt (36) wird somit vor dem Einfluss einer Last oder eines Drucks bewahrt, der beim Ausbilden des Einpressabschnitts (23) während des Einpressens aufgebracht wird. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Glühkerze ist ebenfalls offenbart.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkerze mit einem keramischen Heizkörper, der von einer zylinderförmigen Hülse gehalten wird, die in einem zylinderförmigen Gehäuse eingepresst ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Glühkerze.

Glühkerzen, die einen stabförmigen keramischen Heizkörper, der bei Stromzufuhr Wärme erzeugt, und eine zylinderförmige Hülse aufweisen, die mit dem darin gehaltenen keramischen Heizkörper in einem zylinderförmigen Gehäuse eingepresst ist, sind beispielsweise bereits aus der JP-B-3-13485 bekannt.

15 zeigt im Längsschnitt einen Teil eines typischen Beispiels für solche bekannten Glühkerzen.

Wie in 15 gezeigt ist, hat die bekannte Glühkerze ein zylinderförmiges Gehäuse 110, in dem eine zylinderförmige Hülse 120 eingepresst ist. Ein Endabschnitt der Hülse 120 ragt aus einem Ende 111 des Gehäuses 110 vor, während der andere Endabschnitt in dem Gehäuse 110 eingepresst ist. Der andere Endabschnitt der Hülse 120 bildet somit einen Einpressabschnitt 123, an dem die Hülse 120 und das Gehäuse 110 miteinander verbunden sind.

Von der Hülse 120 wird ein stabförmiges keramisches Wärmeerzeugungsbauteil bzw. ein Heizkörper 130 gehalten, der bei Stromzufuhr Wärme erzeugt, wobei ein Endabschnitt 131 aus dem vorstehenden Ende 121 der Hülse 120 vorragt und der andere Endabschnitt in die Hülse 120 eingesetzt ist.

Der Heizkörper 130 enthält ein Heizelement 133 aus elektrisch leitender Keramik, die von einem Keramikisolator 135 umschlossen ist. Mit den entgegengesetzten Enden des Heizelements 133 sind zwei Leiterelemente 134 verbunden. Eines der Leiterelemente 134 hat einen Endabschnitt, der an einer Außenumfangsfläche eines Teils des innerhalb der Hülse 120 gelegenen Isolators 135 frei liegt.

Der auf diese Weise frei liegende Endabschnitt des Leiterelements 134 und eine Innenfläche der Hülse 120 sind zur elektrischen Verbindung durch Hartlöten miteinander verbunden und bilden einen Verbindungsabschnitt 136, an dem der Heizkörper 130 und die Hülse 120 elektrisch miteinander verbunden sind.

Bei der Fertigung der Glühkerze wird der stabförmige keramische Heizkörper 130 auf die oben beschriebene Weise in die Hülse 120 eingesetzt und wird die Hülse 120 dann auf die oben beschriebene Weise in das Gehäuse 110 eingepresst, wobei der Heizkörper 130 von der Hülse 120 gehalten wird.

Bei der bekannten Glühkerze mit dem vorstehenden Aufbau ist der Verbindungsabschnitt 136 auf deren Heizkörperseite sehr schwach oder zerbrechlich, da als das Leiterelement 134 ein Metalldraht oder ein Keramikmaterial anderer Art als das des Keramikisolators 135 von dem Keramikisolator 135 umschlossen wird.

Wenn die Hülse 120 mit dem Heizkörper 130 darin mit dem Gehäuse 110 durch Einpressen verbunden wird, wird der Verbindungsabschnitt 136, wenn er sich mit dem Einpressabschnitt 123 überlappt, zwischen der Hülse 120 und dem Heizkörper 130 einer Last oder einem Druck (nachstehend als "Einpresslast" bezeichnet) ausgesetzt.

Die Aufbringung der Einpresslast auf den auf der Heizkörperseite schwachen oder zerbrechlichen Verbindungsabschnitt 136 kann zum Entstehen von Mikrorissen führen, die bei wiederholter Stromzufuhr zum Heizelement 133 zu einer Leitungsstörung zwischen dem Leitungselement 134 und der Hülse 120 oder zu einer geringeren Funktionssicherheit führen werden.

Die Hülse 120 und das Gehäuse 110 können statt durch Einpressen auch durch Hartlöten miteinander verbunden werden. Beim Hartlöten wird nur eine geringe Last auf den Verbindungsabschnitt 136 aufgebracht, sodass nur eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass der Heizkörper 130 an dem Verbindungsabschnitt 136 bricht. Das Hartlöten ist jedoch verglichen mit dem Einpressen zeitraubend und kostenintensiv.

Angesichts der vorstehenden Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Glühkerze und ein Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen, bei denen eine Hülse mit einem darin gehaltenen keramischen Heizkörper durch Einpressen derart mit einem Gehäuse verbunden wird, dass ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Heizkörper und der Hülse frei von dem Einfluss einer Last oder eines Drucks gehalten wird, der während des Einpressvorgangs der Hülse auf das Gehäuse aufgebracht wird.

Um die obige Aufgabe zu lösen, sieht eine erste Ausgestaltung der Erfindung eine Glühkerze vor, mit: einem zylinderförmigen Gehäuse; einer zylinderförmigen Hülse, die einen aus einem Ende des Gehäuses vorragenden vorderen Endabschnitt und einen durch Einpressen mit dem Gehäuse verbundenen hinteren Endabschnitt hat; und einem keramischen Heizkörper mit stabförmigen Aufbau, der in der Hülse gehalten wird, wobei ein vorderer Endabschnitt von ihm aus einem vorderen Ende der Hülse vorragt und ein hinterer Endabschnitt von ihm in die Hülse eingesetzt ist. Der keramische Heizkörper ist dazu in der Lage, bei Stromzufuhr Wärme zu erzeugen, und hat einen elektrisch leitenden Wärmeerzeugungsabschnitt, einen Isolator aus isolierender Keramik, der den Wärmeerzeugungsabschnitt umschließt, und einen Leitungsabschnitt, der elektrisch mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist und der einen innerhalb der Hülse an einer Außenumfangsfläche des Isolators frei liegenden Endabschnitt hat. Der frei liegende Endabschnitt des Leitungsabschnitts und eine Innenfläche der zylinderförmigen Hülse sind miteinander elektrisch verbunden und bilden zusammen einen Verbindungsabschnitt, wobei die Hülse einen Einpressabschnitt hat, an dem die Hülse durch Einpressen mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Lagen des Einpressabschnitts und des Verbindungsabschnitts sind relativ zueinander entlang einer Achse des zylinderförmigen Gehäuses versetzt.

Dank des axial versetzten Lagezusammenhangs zwischen dem Einpressabschnitt und dem Verbindungsabschnitt bildet der Verbindungsabschnitt keinen Teil des Einpressabschnitts und ist daher frei von der Wirkung einer Last oder eines Drucks, der aufgebracht wird, wenn die Hülse und das Gehäuse miteinander durch Einpressen verbunden werden.

Kurz gesagt enthält die erfindungsgemäße Glühkerze einen keramischen Heizkörper, der in einer Hülse gehalten wird, die durch Einpressen mit einem Gehäuse verbunden ist. Ein Verbindungsabschnitt, an dem der Heizkörper und die Hülse elektrisch verbunden sind, wird von dem Einfluss einer Last oder eines Drucks frei gehalten, der während des Einpressens der Hülse auf das Gehäuse aufgebracht wird. Der Verbindungsabschnitt ist frei von Mikrorissen, die bei wiederholter Stromzufuhr des Heizkörpers zu einer Leitungsstörung zwischen dem Leitungsabschnitt des Heizkörpers und der Hülse oder zu einer geringeren Funktionssicherheit führen können.

Ein Abschnitt einer Außenfläche der Hülse und ein entsprechender Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses, die sich radial außen vom Verbindungsabschnitt befinden, sind vorzugsweise so gestaltet, dass sie zwischen sich einen Abstand definieren.

Wenn zusätzlich zu dem axial versetzten Lagezusammenhang zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Einpressabschnitt auf diese Weise für den Abstand gesorgt wird, lässt sich verhindern, dass von dem Einpressabschnitt während des Einpressens eine Last oder ein Druck zum Verbindungsabschnitt übertragen wird.

Um für den Abstand zu sorgen, kann der Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses, der dem radial außen vom Verbindungsabschnitt gelegenen Abschnitt der Außenfläche der Hülse zugewandt ist, so gestaltet sein, dass er bezüglich eines am Einpressabschnitt gelegenen Abschnitts der Innenfläche des Gehäuses radial nach außen rückspringt. Wahlweise ist der Abschnitt der Außenfläche der Hülse, der sich radial außen vom Verbindungsabschnitt befindet, so gestaltet, dass er bezüglich eines am Einpressabschnitt gelegenen Abschnitts der Außenfläche der Hülse radial nach innen rückspringt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abschnitt der Außenfläche der Hülse, der sich radial außen vom Verbindungsabschnitt befindet, so gestaltet, dass er einen Abschnitt kleinen Durchmessers bildet, der einen kleineren Außendurchmesser als der am Einpressabschnitt gelegene Abschnitt der Außenfläche der Hülse hat. Falls sich der Verbindungsabschnitt an einem hinteren Ende der Hülse befindet, es ist vorzuziehen, dass der Abschnitt kleinen Durchmessers einen Verjüngungsabschnitt umfasst, dessen Durchmesser allmählich in einer vom vorderen Ende zum hinteren Ende der Hülse hin verlaufenden Richtung abnimmt. Die Hülse wird normalerweise durch einen Kaltschmiedevorgang gebildet, weswegen sich der Verjüngungsabschnitt während des Kaltschmiedens leicht formen lässt, um so die Hülse zu erzeugen.

Der Verbindungsabschnitt kann bezüglich des Einpressabschnitts in entweder einer zum ersten Ende des Gehäuses hin verlaufenden Richtung oder einer zu einem zum erstgenannten Ende des Gehäuses entgegengesetzten zweiten Ende des Gehäuses hin verlaufenden Richtung versetzt sein.

Die Lagen des Einpressabschnitts und des Verbindungsabschnitts sind relativ zueinander in der Axialrichtung des Gehäuses um einen Versatzabstand von nicht weniger als 0,5 mm versetzt.

Wenn ein solcher Versatzabstand vorgesehen wird, wird noch zuverlässiger eine Übertragung der Einpresslast oder des Einpressdrucks vom Einpressabschnitt auf den Verbindungsabschnitt verhindert.

Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer Glühkerze mit dem oben definierten Aufbau vor, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hülse und das Gehäuse mit Hilfe einer Montagevorrichtung miteinander in Presspassung gebracht wird, wobei der Heizkörper so in der Hülse gehalten wird, dass der aus dem vorderen Ende der Hülse vorragende vordere Endabschnitt des Heizkörpers nicht mit der Montagevorrichtung in Kontakt kommt, um dadurch zu verhindern, dass auf den vorderen Endabschnitt des Heizkörpers eine Last wirkt.

Wenn auf diese Weise der vordere Endabschnitt des Heizkörpers von der Montagevorrichtung fern gehalten wird, wirkt eine Last oder ein Druck, der während des Einpressens aufgebracht wird, nicht auf den aus dem vorderen Ende der Hülse vorragenden vorderen Endabschnitt des Heizkörpers. Der vordere Heizkörperendabschnitt wird somit davor bewahrt zu brechen.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen. Es zeigen:
1 im Längsschnitt eine Glühkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 vergrößert einen Abschnitt von 1 mit einem keramischen Heizkörper und benachbarten Teilen;
3 vergrößert einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Heizkörper und einer Hülse aus Richtung des Pfeils II von 2;
4A bis 4D schematisch eine Abfolge von erreichten Vorgängen, wenn die Hülse durch Einpressen mit einem Gehäuse der Glühkerze verbunden wird;
5 schematisch und teilweise im Querschnitt die Art und Weise, wie die Hülse und das Gehäuse mit Hilfe von Montagevorrichtungen miteinander in Presspassung gebracht werden;
6 eine ähnliche Ansicht wie 5, jedoch mit einem Einpressvorgang, bei dem eine andere Hülse verwendet wird;
7 eine ähnliche Ansicht wie 5, jedoch mit einem Einpassvorgang, bei dem in entgegengesetzter Richtung zu der in dem in 5 gezeigten Vorgang eingesetzten Richtung eine Einpasslast aufgebracht wird;
8A im Längsschnitt einen Hauptabschnitt einer Glühkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8B eine ähnliche Ansicht wie in 8A, jedoch mit einer abgewandelten Form der Glühkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8C einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII von 8B;
9A im Längsschnitt eine weitere abgewandelte Form der Glühkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9B einen Schnitt entlang der Linie IX-IX von 9A;
10 im Längsschnitt einen Hauptabschnitt einer Glühkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11 im Längsschnitt einen Hauptabschnitt einer Glühkerze gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12A bis 12C im Längsschnitt verschiedene Formen von Glühkerzen, bei denen eine Hülse und ein Gehäuse jeweils durch Einpressen von einem hinteren Ende zu einem vorderen Ende des Gehäuses hin miteinander verbunden wurden;
13 im Längsschnitt einen Hauptabschnitt einer Glühkerze mit einem aus einer elektrisch leitenden Keramik gebildeten Leitungsabschnitt;
14 im Längsschnitt einen Hauptabschnitt einer Glühkerze mit einer Hülse, die aus zwei miteinander an den Enden verbundenen Teilen gebildet ist, die aus verschiedenen Materialien bestehen; und
15 im Längsschnitt einen Hauptabschnitt einer herkömmlichen Glühkerze.
Im Folgenden werden exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen identische oder sich entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen haben, bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
1 zeigt im Längsschnitt eine Glühkerze G1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Einsatz wird die Glühkerze G1 in eines von mehreren (beispielsweise vier) Befestigungslöchern (Glühlöchern) eingebaut, die in jeweiligen Motorköpfen eines direkt einspritzenden Kraftfahrzeugdieselmotors ausgebildet sind, um beim Start des Motors die Kraftstoffzündung und -verbrennung zu unterstützen.
Die Glühkerze G1 hat ein Gehäuse 10, das aus einem zylinderförmigen Bauteil besteht, das am Motor angebracht werden kann und aus einem elektrisch leitenden Material, etwa einem Material auf Eisenbasis, gebildet ist. An einer Außenumfangsfläche des zylinderförmigen Gehäuses 10 ist an einer Stelle zwischen einem vorderen Ende 11 (unteres Ende in 1) und einem hinteren Ende 12 (oberes Ende in 1) des zylinderförmigen Gehäuses 10 ein Außengewindeabschnitt 13 ausgebildet, während am hinteren Ende 12 des zylinderförmigen Gehäuses 10 ein sechseckiger Kopfabschnitt 14 ausgebildet ist.
Zwar ist dies nicht dargestellt, doch wird die Glühkerze G1 mit dem vorderen Ende 11 des Gehäuses 10 voran in ein Glühloch im Motorkopf zu einer Brennkammer hin eingesetzt, wobei der sechseckige Kopfabschnitt 14 um eine Achse des zylinderförmigen Gehäuses 10 gedreht wird, bis der Außengewindeabschnitt 13 des Gehäuses 10 fest in einem in der Innenfläche des Glühlochs ausgebildeten Innengewindeabschnitt angebracht ist. Die Glühkerze G1 kann auf diese Weise in den Motorkopf eingebaut und wieder aus diesem entfernt werden.
Das Gehäuse 10 wird hergestellt, indem beispielsweise ein Kohlenstoffstahl zu einem halbfertigen Gehäuse mit zylinderförmigem Aufbau kaltgeschmiedet wird, dessen Innen- und Außenflächen fertig sind bzw. in ihre Endabmessungen kaltgeschmiedet wurden, wonach ein Gewindeschneidevorgang folgt, um auf der Außenfläche des halbfertigen Gehäuses einen Außengewindeabschnitt 13 auszubilden. Der Gewindeabschnitt 13 sollte eine Größe von nicht mehr als M8 haben, wie sie durch den japanischen Industriestandard JIS vorgegeben ist.
Das Gehäuse 10 hat ein (nicht ausgewiesenes) Axialloch, das eine zylinderförmige Hülse 20 aufnimmt. Die Hülse 20 wird durch einen Kaltschmiedevorgang aus einer hitze- und korrosionsbeständigen Legierung wie Edelstahl geformt.
Die Hülse 20 hat einen aus dem vorderen Ende 11 des Gehäuses 11 vorragenden vorderen Endabschnitt (unterer Endabschnitt in 1) und einen in das Gehäuse 10 eingesetzten hinteren Endabschnitt (oberer Endabschnitt in 1). Genauer gesagt ist der hintere Abschnitt der Hülse 20 in dem Gehäuse 11 eingepresst, sodass ein Abschnitt der Innenfläche des zylinderförmigen Gehäuses 10 und ein Abschnitt der Außenfläche der zylinderförmigen Hülse 20 miteinander durch eine Einpressverbindung verbunden sind, um dadurch die Hülse 20 in dem Gehäuse 10 zu halten. Die Einpressverbindung zwischen der Hülse 20 in dem Gehäuse 10 bildet einen Einpressabschnitt 23.
Die zylinderförmige Hülse 20 hat ein (nicht ausgewiesenes) Axialloch, das einen keramischen Heizkörper 30 mit stabförmigen Aufbau aufnimmt. Der keramische Heizkörper 30 besitzt die Eigenschaft, bei Stromzufuhr Wärme zu erzeugen.
Der keramische Heizkörper 30 hat einen aus einem unteren Ende 21 der Hülse 20 vorragenden vorderen Endabschnitt (unterer Endabschnitt in 1) und einen in die Hülse 20 eingesetzten hinteren Endabschnitt (oberer Endabschnitt in 1). Der hintere Endabschnitt des Heizkörpers 30 ist beispielsweise durch Hartlöten fest mit der Hülse 20 verbunden, sodass der Heizkörper 30 auf der Hülse 20 gehalten wird.
Der Heizkörper 30 wird durch einen elektrisch leitenden Wärmeerzeugungsabschnitt (Heizelement) 33 und einen Isolator 35 aus isolierender Keramik gebildet, der das Heizelement 33 umschließt.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst der Keramikheizkörper 30 genauer gesagt ein Sinterbauteil mit dem Heizelement 33, das im Großen und Ganzen U-förmig ist, und als einen mit den entgegengesetzten Enden des U-förmigen Heizelements 33 elektrisch verbundenen Leitungsabschnitt ein Paar Leitungsdrähte 34, um das Heizelement 33 mit Strom zu versorgen. Das Heizelement 33 und die beiden Leitungsdrähte 34 sind von dem Keramikisolator 35 umschlossen.
Das Heizelement 33 ist aus einer elektrisch leitenden Keramik gebildet, die als Bestandteile beispielsweise Siliziumnitrid und Wolframkarbid enthält. Die Leitungsdrähte 34 sind beispielsweise aus einem Wolframmetalldraht gebildet. Der Isolator 35 ist aus einer isolierenden Keramik gebildet, die als Bestandteil beispielsweise Siliziumnitrid enthält.
Das Gehäuse 10 nimmt in seinem (nicht ausgewiesenen) Axialloch einen von dem hinteren Ende 12 des Gehäuses 10 eingeführten Innenschaft 40 auf. Der Innenschaft 40 ist aus Kohlenstoffstahl gebildet und wurde durch Schneiden und Kaltschmieden in die gewünschte Endform gebracht. Der Innenschaft 40 hat einen vorderen Endabschnitt 41 (unterer Endabschnitt in 1) kleinen Durchmessers, auf dem ein aus einem leitenden Material wie Edelstahl gebildeter Kappenleiter 50 sitzt.
Mit dem Kappenleiter 50 ist durch beispielsweise Hartlöten einer der beiden Leitungsdrähte 34 des Heizkörpers 30, nämlich der in 1 auf der rechten Seite gezeigte Leitungsdraht 34, verbunden, und zwar mit seinem fernen Endabschnitt, der am hinteren Ende 32 (oberes Ende in 1) des Heizkörpers 30 am Isolator 35 frei liegt. Der rechte Leitungsdraht 34 ist also mit dem Innenschaft 40 elektrisch verbunden.
Der andere Leitungsdraht 34 (linker Leitungsdraht in 1) hat einen fernen Endabschnitt, der zu einer innerhalb der Hülse 20 befindlichen Außenumfangsfläche des Isolators 35 hin frei liegt. Der frei liegende Endabschnitt des linken Leitungsdrahts 34 ist durch beispielsweise Hartlöten mit der Innenfläche der zylinderförmigen Hülse 20 verbunden. Der linke Leitungsdraht 34 ist über die Hülse 20 am Gehäuse 10 geerdet.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der ferne Endabschnitt des linken Leitungsdrahts 34, der zur Außenumfangsfläche des Isolators 35 frei liegt, und ein Abschnitt der Innenfläche der zylinderförmigen Hülse 20, dessen Lage dem frei liegenden fernen Endabschnitt des linken Leitungsdrahts 34 entspricht, miteinander mechanisch und elektrisch verbunden und bilden gemeinsam einen Verbindungsabschnitt 36.
Wie deutlich in 2 gezeigt ist, sind die Lagen des Einpressabschnitts 23, an dem die Hülse 20 durch Einpressen mit dem Gehäuse 10 verbunden ist, und des Verbindungsabschnitts 38 zwischen der Hülse 20 und dem Heizkörper 30 relativ zueinander entlang einer Axialrichtung des Gehäuses 10 versetzt. Genauer gesagt sind der Einpressabschnitt 23 und der Verbindungsabschnitt 36 so angeordnet, dass sie sich in einer senkrecht zur Achse des Gehäuses 10 verlaufenden Blickrichtung nicht miteinander überlappen, sondern voneinander in Axialrichtung des Gehäuses 10 beabstandet sind.
Was den Heizkörper 30 betrifft, umfasst der Verbindungs abschnitt 36, wie in 3 aus Klarheitsgründen durch die Schraffur dargestellt ist, zwecks Leitung mit der Hülse 20 den gesamten Bereich des linken Leitungsdrahts 34, der am Heizkörper 30 (genauer gesagt am Isolator 35) frei liegt.
Entsprechend umfasst der Einpressabschnitt 23, wie in 2 gezeigt ist, jeweils die Abschnitte des Gehäuses 10 und der Hülse 20, die sich in direktem Kontakt miteinander befinden, wenn in sie aufgrund der Wirkung einer Einpresslast oder eines Einpressdrucks eine Spannung eingebracht wird.
Die Außenfläche der Hülse 20 hat an einem Abschnitt 20a von ihr, dessen Lage in Radialrichtung der Hülse 20 mit der Lage des Verbindungsabschnitts 36 übereinstimmt, einen geringeren Durchmesser. Der Abschnitt 20a bildet einen Abschnitt kleinen Durchmesser, dessen mittlerer Durchmesser kleiner als ein an dem Einpressabschnitt 23 gemessener Außendurchmesser der Hülse 20 ist.
Wenn auf diese Weise der Abschnitt kleinen Durchmessers 20a gebildet wird, ist der Abschnitt der Außenfläche der Hülse 20, der sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befindet, so gestaltet, dass er bezüglich des an dem Einpressabschnitt 36 gelegenen Abschnitts der Außenfläche der Hülse 20 in der radial nach innen verlaufenden Richtung der Hülse 20 rückspringt.
Bei der in 2 gezeigten Anordnung ist der Verbindungsabschnitt 36 in der Axialrichtung des Gehäuses 10 bezüglich des Einpressabschnitts 23 zum hinteren Ende 12 des Gehäuses 10 hin versetzt. Darüber hinaus befindet sich der Verbindungsabschnitt 36 an einem hinteren Ende 22 (oberes Ende in 2) der Hülse 20.
Der angesprochene Abschnitt kleinen Durchmessers 20a der Hülse 20, dessen Lage mit dem an dem hinteren Ende der Hülse 20 gelegenen Verbindungsabschnitt 36 übereinstimmt, umfasst einen Verjüngungsabschnitt, dessen Durchmesser allmählich von dem vorderen Ende 21 zum hinteren Ende 22 der Hülse 20 hin abnimmt.
Die Glühkerze G1 (1) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat also die strukturellen Merkmale, dass die Lagen des Einpressabschnitts 23 und des Verbindungsabschnitts 36 relativ zueinander entlang der Axialrichtung des Gehäuses 10 versetzt sind (d.h. der Einpressabschnitt 23 und der Verbindungsabschnitt 36 sind so angeordnet, dass sie sich in einer senkrecht zur Achse des zylinderförmigen Gehäuses 10 verlaufenen Blickrichtung nicht miteinander überlappen, sondern in der Axialrichtung des Gehäuses 10 voneinander beabstandet sind) und dass ein Abschnitt der Außenfläche der Hülse 20 und ein entsprechender Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses 10, die sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befinden, so gestaltet sind, dass sie zwischen sich einen Abstand S (2) definieren.
Wie in 1 gezeigt ist, hat der Innenschaft 40 einen hinteren Endabschnitt 42 (oberer Endabschnitt in 1) der von dem hinteren Ende 12 des Gehäuses 10 nach außen vorragt. Der vorragende hintere Endabschnitt 42 hat ein Außengewinde 43, sodass ein (nicht gezeigtes) externes Verdrahtungsbauteil, das elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Stromquelle verbunden ist, auf den mit dem Außengewinde 43 versehenen hinteren Endabschnitt 42 des Innenschafts 40 geschraubt werden kann.
Zwischen dem hinteren Endabschnitt 42 des Innenschafts 40 und dem Gehäuse 10 befinden sich elektrisch isolierende Bauteile, die eine mit einem Flansch versehene Isolierbuchse 60, ein ringförmiges Schmelzglas zum Halten, Befestigen und Zentrieren des Innenschafts 40 und ringförmige Isolatoren 64, 64 beinhalten. Das Schmelzglas 62 und die an den entgegengesetzten Seiten des Schmelzglases 62 befindlichen Isolatoren 64 werden durch eine Mutter 44 fest in Position gehalten, die fest mit dem hinteren Endabschnitt 42 verschraubt ist, wobei sich die Isolierbuchse 60 zwischen der Mutter 44 und dem Isolator 64 befindet.
Die Glühkerze G1 mit dem vorstehenden Aufbau wird auf die im folgenden beschriebene Weise hergestellt.
Ein Heizkörper 30 wird mit Hilfe einer Heißpresse durch Sintern gebildet, woraufhin eines seiner Enden 31, wie ausführlicher in der JP-A-2000-130755 beschrieben ist, unter Verwendung einer Schleifvorrichtung abgerundet wird.
Dann wird der Heizkörper 30 in eine Hülse 20 gesteckt, wobei auf einen hinteren Endabschnitt des Heizkörpers 30 eine Kappenleitung 50 gepasst wird, sodass sich die Kappenleitung 50 und einer der Leitungsdrähte 34 (rechter Leitungsdraht in 1) miteinander in Kontakt befinden und sich ein frei liegender Endabschnitt des anderen Leitungsdrahts 34 (linker Leitungsdraht in 1) und die Innenfläche der Hülse 20 miteinander in Kontakt befinden. Unter Beibehaltung dieses Zustands werden die Kappenleitung 50 und der rechte Leitungsdraht 34 sowie der frei liegende Endabschnitt des linken Leitungsdrahts 34 und die Innenfläche der Hülse 20 fest miteinander durch Hartlöten verbunden. Anschließend wird die Kappenleitung 50, etwa durch Verstauchen, mit einem unteren Endabschnitt des Innenschafts 40 verbunden. Auf diese Weise werden der Heizkörper 30, der Innenschaft 40, die Hülse 20 und die Kappenleitung 50 zu einer Einheit verbunden, um ein einziges Komplettbauteil zu bilden.
Das Komplettbauteil wird in ein Gehäuse 10 eingesetzt, wobei das Gehäuse 10 und die Hülse 20 miteinander durch Presspassung verbunden werden. Der Einbau des Komplettbauteils in das Gehäuses 10 durch Einpressen wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4D und 5 beschrieben.
Die 4A bis 4D zeigen schematisch eine Abfolge von erreichten Vorgängen, wenn das Komplettbauteil in das Gehäuse 10 eingebaut wird, während 5 eine Montageweise zeigt, bei der Montagevorrichtungen K1 und K2 verwendet werden.
Zunächst wird aus dem Heizkörper 30, dem Innenschaft 40, der Hülse 20 und der Kappenleitung 50 ein wie in 4A gezeigtes Komplettbauteil, und es wird ein wie in 4B gezeigtes Gehäuse 10 angefertigt. Wie durch die in 4C gezeigte Pfeilkontur angegeben ist, wird dann ein hinteres Ende (oberes Ende) 42 des Innenschafts 40 von einem vorderen Ende (unteren Ende) 11 aus in das Gehäuse 10 eingeführt. Anschließend wird die Hülse 20 in das Gehäuse 10 eingepresst, sodass, wie in 4D gezeigt ist, zwischen der Hülse 20 und dem Gehäuse 10 ein Einpressabschnitt 23 gebildet wird.
In der Praxis erfolgt der Einpressvorgang mit Schmieröl am Einpressabschnitt 23 zwischen der Hülse 20 in dem Gehäuse 10. In dem Einpressvorgang wird die Hülse 20 unter Kraftaufwendung vom vorderen Ende (unteres Ende) 11 zu einem hinteren Ende (oberes Ende) 12 des Gehäuses hin 10 eingeführt. Die durch die in 4C gezeigte Pfeilkontur angegebene Einpressrichtung ist so festgelegt, dass sich das Komplettbauteil auch dann nicht entfernen lässt, wenn es einem Verbrennungsdruck unterliegt.
Der Einpressvorgang erfolgt, wie in 5 gezeigt ist, mit Hilfe von zwei Montagevorrichtungen K1 und K2. Die erste Montagevorrichtung K1 wird verwendet, um darauf die Hülse 20 des Komplettbauteils abzustützen, während die zweite Montagevorrichtung K2 dazu verwendet wird, das hintere Ende (oberes Ende) 12 des Gehäuses 10 zu halten. In diesem Fall werden ein vorderer Abschnitt (unterer Abschnitt) der Hülse 20 und eine aus dem vorderen Ende 21 der Hülse 20 vorragender vorderer Abschnitt (unterer Abschnitt) des Heizkörpers 30 von einem in der Montagevorrichtung K1 ausgebildeten Loch K11 aufgenommen. Der vordere Endabschnitt der Hülse 20 hat einen kleineren Außendurchmesser als der hintere Endabschnitt (oberer Endabschnitt) und ist von dem hinteren Endabschnitt durch eine Zwischenstufe 24 getrennt, an der sich die Oberseite der Montagevorrichtung K1 zum Abstützen der Hülse 20 mit der Hülse 20 in Kontakt befindet.
Unter Beibehaltung dieses Zustands wird die erste Montagevorrichtung K1 unter Kraftaufwendung zur zweiten Montagevorrichtung K2 bewegt, sodass die Hülse 20 vom vorderen Ende 11 aus in das Gehäuse 10 eingepresst wird. Währenddessen geht der aus dem vorderen Ende 21 der Hülse 20 vorragende vordere Endabschnitt des Heizkörpers 30 mit der Umfangsfläche des Loches K11 keinen Kontakt ein. Das bedeutet, dass der vorragende vordere Endabschnitt des Heizkörpers 30 von der Montagevorrichtung K1 fern gehalten wird und somit vollständig vor der Wirkung einer Last oder eines Drucks bewahrt wird, der auf die Montagevorrichtung K1 aufgebracht wird.
Nach Abschluss des Einpressvorgangs sind die Hülse 20 und das Gehäuse 10, wie in 4D gezeigt ist, an dem Einpressabschnitt 23 fest miteinander verbunden. Das Komplettbauteil und das Gehäuse 10 sind also zusammengebaut. Der Zusammenbau aus dem Komplettbauteil und dem Gehäuse 10 wird dann dem nächsten Vorgang unterzogen, in dem, wie in 1 gezeigt ist, um den Innenschaft 40 herum eine mit einem Flansch versehene Isolierbuchse 60, ein ringförmiges Schmelzglas 62 und ringförmige Isolatoren 64 in Passung gebracht werden und mit dem hinteren Endabschnitt 42 des Innenschafts 40 fest eine Mutter 44 verschraubt wird. Das Schmelzglas 62 wird in Form eines schmelzfähigen Glaspulvers eingebracht, das zwischen den Isolatoren 64 gehalten und durch Hitze aufgeschmolzen wird. Auf diese Weise wird eine Glühkerze G1 mit dem in 1 gezeigten Aufbau hergestellt.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird die Glühkerze G1 in einem Glühloch eines Motorkopfes mittels eines Gewindeabschnitts eingebaut, der zwischen dem Außengewindeabschnitt der Glühkerze G1 und einem Innengewindeabschnitt des Glühloches ausgebildet ist. Wenn die Glühkerze G1 in dem Motorkopf eingebaut ist, ist das vordere Ende 31 des Heizkörpers 30 einer Brennkammer des Motors ausgesetzt.
Nach dem Einbau der Glühkerze G1 in den Motorkopf wird ein elektrisch mit einer Stromquelle verbundenes Verdrahtungsbauteil, etwa ein Anschluss, mit dem außen mit einem Gewinde versehenen hinteren Endabschnitt 42 mittels einer (nicht gezeigten) Mutter verklemmt, die fest mit dem hinteren Endabschnitt 42 verschraubt wird. Mit dieser Anordnung kann der Heizkörper 30 nunmehr von der Stromquelle über das äußere Verdrahtungsbauteil und den Innenschaft 40 mit Strom versorgt werden, wobei das Gehäuse 10 und der Motorkopf auf Masse gelegt bzw. geerdet sind.
Während des Einsatzes der Glühkerze G1 wird der Heizkörper 30 mit Strom versorgt, woraufhin das Heizelement 33 Wärme erzeugt, die innerhalb der Brennkammer Kraftstoff zündet. Mit Hilfe der Glühkerze G1 ist es möglich, beim Start des Motors die Zündung und Verbrennung des Kraftstoffs zu unterstützen.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Glühkerze G1 ein zylinderförmiges Gehäuse 10, eine zylinderförmige Hülse 20, die einen aus einem Ende 11 des Gehäuses 10 vorragenden vorderen Endabschnitt und einen durch Einpressen mit dem Gehäuse 10 verbundenen hinteren Endabschnitt hat, und einen keramischen Heizkörper 30 mit stabförmigen Aufbau, der in der Hülse 20 gehalten wird, wobei sein vorderer Endabschnitt aus einem vorderen Ende 21 der Hülse 20 vorragt und sein hinterer Endabschnitt in die Hülse 20 eingesetzt ist. Der keramische Heizkörper 30 kann bei Stromzufuhr Wärme erzeugen und enthält einen elektrisch leitenden Wärmeerzeugungsabschnitt (Heizelement) 33, der von einem Isolator 35 aus isolierender Keramik umschlossen ist, und einen Leitungsabschnitt 34, der elektrisch mit dem Heizelement 33 verbunden ist und einen Endabschnitt hat, der innerhalb der Hülse 20 an einer Außenumfangsfläche des Heizkörpers 30 frei liegt. Der frei liegende Endabschnitt des Leitungsabschnitts 34 und eine Innenfläche der Hülse 30 sind elektrisch miteinander verbunden, sodass sie einen Verbindungsabschnitt 36 bilden. Die Hülse 20 hat einen Einpressabschnitt 23, an dem die Hülse 20 durch Einpressen mit dem Gehäuse 10 verbunden ist.
Die Glühkerze G1 hat das strukturelle Merkmal, dass die Lagen des Einpressabschnitts 23 zwischen der Hülse 20 und dem Gehäuse 10 und des Verbindungsabschnitts 36 zwischen dem Heizkörper 30 und der Hülse 20 relativ zueinander entlang einer Axialrichtung des zylinderförmigen Gehäuses 10 versetzt sind. Mit anderen Worten sind der Einpressabschnitt 23 und der Verbindungsabschnitt 36 so angeordnet, dass sie sich in einer senkrecht zur Achse des zylinderförmigen Gehäuses 10 verlaufenden Blickrichtung nicht überlappen, sondern in der Axialrichtung des Gehäuses 10 voneinander beabstandet sind. Ein weiteres strukturelles Merkmal der Glühkerze G1 ist, dass ein Abschnitt der Außenfläche der Hülse 20 und ein entsprechender Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses 10, die sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befinden, so gestaltet sind, dass sie zwischen sich einen Abstand S definieren.
Dank der Kombination aus der axial versetzten Anordnung (d.h. der sich radial nicht überlappenden und axial beabstandeten Anordnung) des Einpressabschnitts 23 und des Verbindungsabschnitts 36 und des zwischen der Hülse 20 und dem Gehäuse 10 definierten Abstands S an einer Stelle radial außen vom Verbindungsabschnitt 36 bildet der Verbindungsabschnitt 36 keinen Teil des Einpressabschnitts 23, sondern ist strukturell von dem Einpressabschnitt 23 getrennt. Somit ist der Verbindungsabschnitt 36 frei von dem Einfluss einer Last oder eines Drucks, der auf den Einpressabschnitt 23 wirkt, wenn die Hülse 20 in das Gehäuse 10 miteinander durch Einpressen verbunden werden.
Bei der oben beschriebenen Glühkerze G1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Hülse 20 mit dem Gehäuse 10 durch Einpressen verbunden, wobei der keramische Heiz körper 30 in der Hülse 20 untergebracht ist, doch können dank der oben diskutieren strukturellen Merkmale auf den Verbindungsabschnitt 36, an dem der Heizkörper 30 und die Hülse 20 elektrisch miteinander verbunden sind, keine Einpresslasten oder -drücke wirken. Der Verbindungsabschnitt 36 ist daher frei von Mikrorissen, die zu einer Leitungsstörung zwischen dem Leitungsabschnitt 34 und der Hülse 20 oder einer begrenzten Zuverlässigkeit führen können, wenn im Betrieb eine wiederholte Stromversorgung des Heizelements 33 erfolgt.
Darüber hinaus befindet sich der Verbindungsabschnitt 36 in dem in den 1-5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel nahe dem hinteren Ende 22 der Hülse 20 und hat ein in Radialrichtung der Hülse 20 der Lage des Verbindungsabschnitts 36 entsprechender Abschnitt der Hülse 20 wie durch 20a ausgewiesen einen geringeren Durchmesser. Der Abschnitt kleinen Durchmessers 20a umfasst einen Verjüngungsabschnitt, dessen Durchmesser allmählich vom vorderen Ende 21 zum hinteren Ende der Hülse 20 hin abnimmt.
Die Hülse 20 wird wie gesagt normalerweise durch einen Kaltschmiedevorgang hergestellt. Der Verjüngungsabschnitt 20a der Hülse 20 lässt sich während des Kaltschmiedevorgangs, der zur Herstellung der Hülse 20 dient, leicht ausbilden.
Die zum Einpressen der Hülse 20 in das Gehäuse 10 eingesetzte Last bzw. der Druck liegt in einem Bereich von 2 kN bis 10 kN. Dieser Bereich ergab sich aus einem vom Erfinder durchgeführten Versuch.
In diesem Versuch wurden als erfindungsgemäße Beispiele und Vergleichsbeispiele Glühkerzen, die jeweils eine Hülse 20 mit einem wie in 2 gezeigten Verjüngungsabschnitt 20a hatten, und Glühkerzen, die jeweils eine wie in 15 gezeigte Hülse 120 mit gleichmäßigem Durchmesser ohne Verjüngungsabschnitt hatten, angefertigt. Bei den Glühkerzen der Vergleichsbeispiele überlappten sich in einer senkrecht zur Achse des Gehäuses 110 verlaufenden Blickrichtung ein Verbindungsabschnitt 136 und ein Einpressabschnitt 123.
Beim Anfertigen der Glühkerzen der erfindungsgemäßen Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde die Einpresslast bzw. der Druck in einem Bereich von 1 kN bis 12 kN geändert. Die auf diese Weise durch Einpressen mit unterschiedlichen Einpresslasten oder -drücken angefertigten Glühkerzen wurden einem Funktionstest unterzogen, bei dem auf die Glühkerzen Schwingungen aufgebracht wurden, die während des tatsächlichen Fahrzeugbetriebs auftreten, um das Auftreten von Rissen im Verbindungsabschnitt 36, 136 zu überprüfen.
Die Ergebnisse des Funktionstests sind unten in Tabelle 1 angegeben. In Tabelle 1 steht der Ausdruck "vorhanden" in der Spalte mit dem Titel "Hülsenverjüngungsabschnitt" für die Glühkerzen der erfindungsgemäßen Beispiele, während der Ausdruck "fehlt" in der gleichen Spalte für die Glühkerzenvergleichsbeispiele steht.
Tabelle 1
Wie aus den in Tabelle 1 angegebenen Ergebnissen hervorgeht, hatten die Glühkerzen der Vergleichsbeispiele bezüglich der sich innerhalb eines Bereichs von 2 kN bis 10 kN ändernden Einpresslast mit in den Verbindungsabschnitten 136 auftretenden Rissen zu kämpfen, während die Glühkerzen der erfindungsgemäßen Beispiele frei von solchen in den Verbindungsabschnitten 36 auftretenden Rissen waren.
Als die Einpresslast 1 kN betrug, hatten weder die Glühkerzen der erfindungsgemäßen Beispiele noch die Glühkerzen der Vergleichbeispiele mit dem Auftreten von Rissen in den jeweiligen Verbindungsabschnitten zu kämpfen. Dies liegt daran, dass die Einpresslast übermäßig gering war. Eine solche übermäßig geringe Einpresslast führte jedoch dazu, dass sich der Heizkörper (d.h. das oben beschriebene Komplettbauteil) während des Funktionstests von dem Gehäuse 10 löste.
Als die Einpresslast dagegen 12 kN betrug, kämpften sowohl die Glühkerzen der erfindungsgemäßen Beispiele als auch die Glühkerzen der Vergleichsbeispiele mit dem Auftreten von Rissen in den Gehäusen. Dies liegt daran, dass die Einpresslast übermäßig groß war. Aus der obigen Diskussion ergibt sich, dass die Einpresslast vorzugsweise in einem Bereich von 2 kN bis 10 kN liegt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der Glühkerzen wird die Hülse 20 in das Gehäuse 10 eingepresst, wobei der Heizkörper 30 in der Hülse 20 gehalten wird, während der aus dem vorderen Ende 21 der Hülse 20 vorragende vordere Endabschnitt des Heizkörpers 30 keinen Kontakt mit der Montagevorrichtung K1 eingeht. Der vorragende Heizkörperendabschnitt wird somit während des Einpressens vor der Wirkung der Einpresslast bewahrt, die ansonsten zu Rissen in dem vorragenden Heizkörperendabschnitt führen könnte.
Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, kann der in 5 gezeigte Einpressvorgang, in dem die Montagevorrichtung K1 und K2 verwendet werden, auch auf andere Weise umgesetzt werden. Bei dem in 5 gezeigten Vorgang wird die Hülse 20 von der Montagevorrichtung K1 an der Stufe 24 abgestützt, die in einem mittleren Abschnitt der Hülse 20 ausgebildet ist. Bei dem in 6 gezeigten Einpressvorgang hat die Hülse 20 in ihrem mittleren Abschnitt keine Stufe und wird daher durch die Montagevorrichtung K1 an ihrem vorderen Ende 21 abgestützt.
Bei den in den 5 und 6 gezeigten Einpressvorgängen wird die Hülse 20, wie durch die Pfeilkontur angegeben ist, unter Kraftaufwendung von dem vorderen Ende 11 zum hinteren Ende 12 des Gehäuses 10 hin in das Gehäuse 10 eingeführt bzw. eingepresst. Die Einpressrichtung der Hülse 20 bezüglich des Gehäuses 10 kann aber auch, wie durch die in 7 gezeigte Pfeilkontur angegeben ist, von dem hinteren Ende 12 zu dem vorderen Ende 11 des Gehäuses 10 hin verlaufen.
Bei dem in 7 gezeigten Vorgang wird das Gehäuse 10 von der Montagevorrichtung an seinen vorderen Ende 11 (unteres Ende in 7) abgestützt, während das hintere Ende 42 des Innenschafts 40 von einer zweiten Montagevorrichtung K2 gehalten wird. Die zweite Montagevorrichtung K2 wird zur ersten Montagevorrichtung K1 hin bewegt, um das Gehäuse 10, wie durch die in 7 gezeigte Pfeilkontur angegeben ist, über der Hülse 20 vom hinteren Ende 12 zum vorderen Ende 11 des Gehäuses 11 hin in Presspassung zu bringen.
Bei den in den 6 und 7 gezeigten Vorgängen werden die Hülse 20 und das Gehäuse 10 miteinander in Presspassung gebracht, während ein aus einem vorderen Ende 21 der Hülse 20 vorragender vorderer Endabschnitt des Heizkörpers 30 von der Montagevorrichtung K1 fern gehalten wird. Mit dieser Anordnung wird der vorragende Heizkörperendabschnitt von der Wirkung einer Last oder eines Drucks bewahrt, der während des Einpressens der Hülse 20 auf das Gehäuse 10 aufgebracht wird.
8A und die 8B und 8C zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen der Glühkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die sich von der Glühkerze des ersten Ausführungsbeispiels insofern unterscheiden, als sich ein Abschnitt kleinen Durchmessers 20a einer Hülse 20 nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel verjüngt, sondern über seine gesamte Länge einen gleichmäßigen Durchmesser hat.
Genauer gesagt entspricht die Lage des Abschnitts kleinen Durchmessers 20a der Hülse 20 bei der in 8A gezeigten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels der Lage des Verbindungsabschnitts 36 in Radialrichtung der Hülse 20 und verläuft dieser in Axialrichtung der Hülse 20, bis er ein hinteres Ende 22 der Hülse 20 erreicht. Der Abschnitt kleinen Durchmessers 20a hat über seine gesamte Länge einen gleichmäßigen Durchmesser.
Bei der in den 8B und 8C gezeigten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels ergibt sich der Abschnitt kleinen Durchmessers 20a der Hülse 20 durch das Ausbilden einer radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 gelegenen umlaufenden Nut. Der Abschnitt kleinen Durchmessers 20a geht nicht in ein hinteres Ende 22 der Hülse 20 über, sondern ist etwas von dem hinteren Hülsenende 22 beabstandet.
Der Abschnitt kleinen Durchmessers 20a ist keinesfalls auf solche Gestaltungen beschränkt, die wie bei dem oben diskutierten Ausführungsbeispielen über den gesamten Umfang der Hülse 20 verlaufen, sondern umfasst auch die in den 9A und 9B gezeigte abgewandelte Ausführungsform. Der in den 9A und 9B gezeigte abgewandelte Abschnitt kleinen Durchmessers 20a wird dadurch gebildet, dass nur ein begrenzter Teil der Außenfläche der Hülse, der sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befindet, weggeschnitten oder entfernt wird. In diesem Fall ist der Abschnitt 20a kleinen Durchmessers so gestaltet, dass er bezüglich eines an dem Einpressabschnitt 23 gelegenen Abschnitt der Außenfläche der Hülse 20 radial nach innen rückspringt. In den verschiedenen oben diskutierten bevorzugten Ausführungsformen der Glühkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel befinden sich der Verbindungsabschnitt 36 und der Einpressabschnitt 23 zueinander entlang der Axialrichtung des Gehäuses 10 in einer versetzten Lagebeziehung und sind ein Abschnitt der Hülse 20 und ein radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 gelegener Abschnitt des Gehäuses 10 so gestaltet, dass sie zwischen sich einen Abstand S bilden. Es versteht sich also, dass auch durch das zweite Ausführungsbeispiel die gleichen vorteilhaften Ergebnisse erzielt werden können, wie sie oben unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.
10 zeigt im Längsschnitt einen Hauptabschnitt einer Glühkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Glühkerze im dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Glühkerze in dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel insofern, als ein Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses 10, der einem radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 gelegenen Abschnitt der Außenfläche der Hülse 20 zugewandt ist, so gestaltet ist, dass er bezüglich eines am Einpressabschnitt 23 gelegenen Abschnitts der Innenfläche des Gehäuses 10 radial nach außen rückspringt. Wenn der Innenflächenabschnitt des Gehäuses 10 auf diese Weise in einer radial nach außen rückspringende Gestaltung gebracht wird, lässt sich zwischen dem Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses 10 und einem entsprechenden Abschnitt 20a der Außenseite der Hülse 20, die sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befinden, ein Abstand S bilden.
Genauer gesagt wird, wie in 10 gezeigt ist, ein erster Längsabschnitt des Gehäuses 10, der zusammen mit der Hülse 20 einen Einpressabschnitt 23 bildet, dicker ausgeführt, um einen ringförmigen Vorsprung 15 zu bilden, sodass ein zweiter Längsabschnitt 10a des Gehäuses 10, der radial an dem Verbindungsabschnitt 36 ausgerichtet ist und den radial nach innen rückspringenden Innenflächenabschnitt des Gehäuses enthält, dünner als der den ringförmigen Vorsprung 15 enthaltende erste Längsabschnitt gestaltet ist. Der den Einpressabschnitt 23 bildende erste Längsabschnitt des Gehäuses 10 hat einen kleineren Innendurchmesser als der dünne radial an dem Verbindungsabschnitt 36 ausgerichtete zweite Längsabschnitt 10a. Da der Innenflächenabschnitt des Gehäuses 10, der den Einpressabschnitt 23 bildet, als der ringförmige Vorsprung 15 vorragt, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass der ringförmige Vorsprung 15 nachgibt, wenn die Hülse 20 und das Gehäuse 10 miteinander in Presspassung gebracht werden. Durch dieses Nachgeben können die Hülse 20 und das Gehäuse 10 noch zuverlässiger fest miteinander verbunden werden.
Es wird nun auf 11 Bezug genommen, in der im Längsschnitt ein Hauptabschnitt einer Glühkerze gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist. Die Glühkerze in diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Glühkerze des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass ein Verbindungsabschnitt 36 zwischen der Hülse 20 und dem Heizkörper 30 einem dünnen Abschnitt 10a an einem vorderen Ende 11 des Gehäuses 10 gegenüberliegt. Das Vorhandensein des dünnen Abschnitts 10a an dem vorderen Ende 11 des Gehäuses 10 ist das gleiche wie beim oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiel.
Um den dünnen Abschnitt 10a vorzusehen, wird ein Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses 10, der einem radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 gelegenen Abschnitt der Außenfläche der Hülse 20 zugewandt ist, so gestaltet, dass er bezüglich eines Abschnitts der Innenfläche des Gehäuses 10, der sich an einem Einpressabschnitt 23 befindet, an dem die Hülse 20 mit dem Gehäuse 10 in Presspassung steht, radial nach außen rückspringt. Die Innenfläche des dünnen Abschnitts 10a des Gehäuses 10 und ein entsprechender Abschnitt der Außenfläche der Hülse 20, die sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befinden, definieren somit zwischen sich einen Abstand S.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist der Verbindungsabschnitt 36 bezüglich des Einpressabschnitts 23 in Richtung des vorderen Endes 11 des Gehäuses 10 versetzt. Der Abstand L zwischen dem Einpressabschnitt 23 und dem Verbindungsabschnitt 36, deren Lagen relativ zueinander entlang der Axialrichtung des Gehäuses 10 versetzt sind, wird als "Versatzabstand" bezeichnet. Auf die im folgenden beschriebene Weise wurden Untersuchungen zum Versatzabstand L durchgeführt.
Und zwar wurden Glühkerzen mit dem in 1 gezeigten Aufbau angefertigt, wobei die Last oder der Druck, der während des Einpressvorgangs aufgebracht wurde, 10 kN betrug und für den Versatzabstand L 0,0 mm, 0,3 mm, 0,5 mm, 0,7 mm und 1,0 mm gewählt wurde. Die Anzahl der Versuchskörper betrug für jeden Versatzabstand L vier. Die auf diese Weise angefertigten Glühkerzen wurden dem gleichen Funktionstest wie im ersten Ausführungsbeispiel unterzogen, wobei in den Verbindungsabschnitten 36 das Vorhandensein von Rissen überprüft wurde. Die Ergebnisse des Funktionstests sind unten in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Wie in Tabelle 2 angegeben ist, kämpfen sämtliche Versuchskörper mit der Entsehung von Rissen in ihren Verbindungsabschnitten 36, wenn der Versatzabstand L 0 mm beträgt bzw. wenn der Einpressabschnitt 23 und der Verbindungsabschnitt 36 nicht relativ zueinander entlang der Axialrichtung des Gehäuses 10 versetzt sind.
Wenn die Lagen des Einpressabschnitts 23 und des Verbindungsabschnitts 36 dagegen relativ zueinander entlang der Axialrichtung des Gehäuses 10 um den Versatzabstand L versetzt sind, wird die Entstehung von Rissen in den Verbindungsabschnitten 36 bei jedem Satz Versuchskörper stark unterdrückt. Insbesondere dann, wenn der Versatzabstand größer oder gleich 0,5 mm ist, lässt sich die Entstehung von Rissen an den Verbindungsabschnitten 36 vollständig verhindern.
Es ist leicht einzusehen, dass der Versatzabstand vorzugsweise größer oder gleich 0,5 mm und besser noch 0,6 mm ist. Wenn auf diese Weise für den Versatzabstand L gesorgt wird, lässt sich wirksam verhindern, dass die Einpresslast oder der Druck auf den Verbindungsabschnitt 36 wirkt, an dem der Heizkörper 30 und die Hülse 20 elektrisch miteinander verbunden sind.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verläuft die Richtung der Einpressverbindung (d.h. die Einpressrichtung) der Hülse 20 in den meisten Fällen bezüglich des Gehäuses 10 von dem vorderen Ende 11 zu dem hinteren Ende des Gehäuses 10. Wie in den in den 12A bis 12C gezeigten Anordnungen dargestellt ist, kann die Einpressrichtung jedoch auch vom hinteren Ende 12 zum vorderen Ende 11 des Gehäuses 10 verlaufen.
Bei den in den 12A bis 12C gezeigten Anordnungen sind die Lagen eines Einpressabschnitts 23 zwischen einem Gehäuse 10 und einer Hülse 20 und eines Verbindungsabschnitts 36 zwischen einem Heizkörper 30 und der Hülse 20 relativ zueinander entlang einer Axialrichtung des Gehäuses 10 versetzt. Darüber hinaus sind bei den in den 12A und 12B gezeigten Anordnungen ein Abschnitt einer Außenfläche der Hülse 20 und ein entsprechender Abschnitt einer Innenfläche des Gehäuses 10, die sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befinden, so gestaltet, dass sie zwischen sich einen Abstand S definieren. Mit dieser Anordnung wird der Verbindungsabschnitt 36 vor der Wirkung einer Last oder eines Drucks bewahrt, der während des Einpressens erreicht wird, wenn die Hülse 20, wie durch die in den jeweiligen 12A, 12B und 12C gezeigte Pfeilkontur angegeben ist, von dem hinteren Ende 12 zum vorderen Ende 11 des Gehäuses 10 hin unter Kraftaufwendung in das Gehäuse 10 eingeführt wird.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt (Heizelement) 33 des Heizkörpers 30 verbundene Leitungsabschnitt 34 von einem Paar Metalldrähten gebildet. Der Leitungsabschnitt 33 ist allerdings keinesfalls auf Metalldrähte beschränkt, sondern kann auch, wie in 13 gezeigt ist, aus einem elektrisch leitenden Keramikmaterial gebildet sein. Bei der in 13 gezeigten Anordnung besteht das Heizelement 33 aus einer elektrisch leitenden Keramik, die als wesentliche Bestandteile Siliziumnitrid und Wolframkarbid enthält, während der Leitungsabschnitt 34 aus einer elektrisch leitenden Keramik besteht, die in anderen Anteilen als in dem keramischen Heizelement 33 als wesentliche Bestandteile Siliziumnitrid und Wolframkarbid enthält, sodass der keramische Leiterabschnitt 35 einen geringeren Widerstandswert als das keramische Heizelement 33 hat.
Die Heizelemente 33 in den vorstehenden Ausführungsbeispielen sind zwar aus einem elektrisch leitenden Keramikmaterial gebildet, doch kann als Heizelement 33 auch ein Metalldraht verwendet werden. Mit anderen Worten kann das Heizelement 33 aus einem beliebigen Material bestehen, solange dieses Material elektrisch leitend ist und bei Stromzufuhr Wärme erzeugen kann, um die erforderliche Funktion als Glühkerze ausüben zu können.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen hat die Hülse 20 einen einstückigen Aufbau und ist als Ganzes aus dem gleichen Material gebildet. Allerdings können auch zwei oder mehr verschiedene Materialien verwendet werden, um eine Hülse zu bilden. Wie zum Beispiel in 14 gezeigt ist, ist ein Abschnitt kleinen Durchmessers 20a an einem hinteren Ende einer Hülse 20 aus einem Metallmaterial gebildet, das sich von dem Metallmaterial unterscheidet, das zum Ausbilden des restlichen Teils der Hülse 20 verwendet wurde. Der Abschnitt kleinen Durchmessers 20a und der restliche Teil der Hülse 20 werden getrennt hergestellt und dann durch beispielsweise Schweißen miteinander verbunden, um dadurch eine Hülse 20 zu bilden.
Darüber hinaus sind in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Lagen des Einpressabschnitts 23 und des Verbindungsabschnitts 36 relativ zueinander entlang einer Axialrichtung des Gehäuses 10 versetzt und sind ein Abschnitt einer Außenfläche der Hülse 20 und ein entsprechender Abschnitt an der Innenfläche des Gehäuses 10, die sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befinden, so gestaltet, dass sie zwischen sich einen Abstand S definieren.
Allerdings können sich der Außenflächenabschnitt der Hülse 20 und der Innenflächenabschnitt des Gehäuses 10, die sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt 36 befinden, auch miteinander in Kontakt befinden. Der Grad der Verbindung zwischen diesen Oberflächenabschnitten sollte so bestimmt sein, dass sich die Oberflächenabschnitte nur in einem leichten Kontakt miteinander befinden, dazwischen aber keine Presspassung oder -verbindung bilden. Die sich leicht berührenden Oberflächenabschnitte des Heizkörpers und der Hülse bilden keinen Teil des Einpressabschnitts 23.
Die erfindungsgemäßen Glühkerzen haben also einen keramischen Heizkörper 30, der bei Stromzufuhr Wärme erzeugen kann, und eine Hülse 20, die durch Einpressen mit einem Gehäuse 10 verbunden ist, wobei der Heizkörper 30 in der Hülse 20 gehalten wird. Ein an einer Außenumfangsfläche des Heizkörpers 30 frei liegender Leitungsabschnitt oder -draht 34 ist elektrisch mit einer Innenfläche der Hülse 20 verbunden, um dadurch einen Verbindungsabschnitt 36 zu bilden. Die Lagen eines zwischen der Hülse 20 und dem Gehäuse 10 gebildeten Einpressabschnitts 23 und des Verbindungsabschnitts 36 sind relativ zueinander entlang einer Axialrichtung des Gehäuses 10 versetzt. Bei dieser Anordnung kann eine Last oder ein Druck, der bei der Ausbildung des Einpressabschnitts 23 während des Einpressens zwischen der Hülse 20 und des Gehäuses 10 aufgebracht wird, nicht auf den Verbindungsabschnitt 36 wirken, an dem der Heizkörper 30 und die Hülse 20 elektrisch miteinander verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt 36 ist somit frei von Rissen und kann zuverlässig die wiederholte Stromversorgung des Heizkörpers 30 gewährleisten.
Es ist daher für die Erfindung wichtig, dass sich der Einpressabschnitt 23 und der Verbindungsabschnitt 36 entlang der Axialrichtung des Gehäuses 10 zueinander in einem versetzten Lagezusammenhang befinden. Die anderen Merkmale können je nach Zweckmäßigkeit im Hinblick auf die zum Erreichen einer gewünschten Glühkerze vorgesehenen Gestaltungserfordernisse geändert werden.
Im Licht der obigen Lehre sind offensichtlich verschiedene kleinere Änderungen und Abwandlungen möglich. Es versteht sich, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche anders als hier im Einzelnen beschrieben umgesetzt werden kann.
Eine Glühkerze hat eine Hülse (20), die durch Einpressen mit einem Gehäuse (10) verbunden ist, wobei darin ein keramischer Heizkörper (30) gehalten wird. Ein am Heizkörper frei liegender Leitungsdraht (34) ist elektrisch mit einer Innenfläche der Hülse verbunden, sodass ein Verbindungsabschnitt (36) gebildet wird. Die Lagen des Verbindungsabschnitts und eines zwischen der Hülse und dem Gehäuse gebildeten Einpressabschnitt (23) sind relativ zueinander entlang einer Axialrichtung des Gehäuses versetzt. Der Verbindungsabschnitt (36) wird somit vor dem Einfluss einer Last oder eines Drucks bewahrt, der beim Ausbilden des Einpressabschnitts (23) während des Einpressens aufgebracht wird. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Glühkerze ist ebenfalls offenbart.

Claims

Glühkerze, mit: einem zylinderförmigen Gehäuse (10); einer zylinderförmigen Hülse (20), die einen aus einem Ende (11) des Gehäuses (10) vorragenden vorderen Endabschnitt und einen durch Einpressen mit dem Gehäuse (10) verbundenen hinteren Endabschnitt hat; und einem keramischen Heizkörper (30) mit stabförmigem Aufbau, der in der Hülse (20) gehalten wird, wobei ein vorderer Endabschnitt von ihm aus einem vorderen Ende (21) der Hülse (20) vorragt und ein hinterer Endabschnitt von ihm in die Hülse (20) eingesetzt ist, wobei der keramische Heizkörper (30) dazu in der Lage ist, bei Stromzufuhr Wärme zu erzeugen, und einen elektrisch leitenden Wärmeerzeugungsabschnitt (33), einen Isolator (35) aus isolierender Keramik, der den Wärmeerzeugungsabschnitt (33) umschließt, und einen Leiterabschnitt (34) hat, der elektrisch mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt (33) verbunden ist und innerhalb der Hülse (20) einen an einer Außenumfangsfläche des Isolators (35) frei liegenden Endabschnitt hat, wobei der frei liegende Endabschnitt des Leitungsabschnitts (34) und eine Innenfläche der zylinderförmigen Hülse (20) miteinander elektrisch verbunden sind, sodass sie einen Verbindungsabschnitt (36) bilden, und die Hülse (20) einen Einpressabschnitt (23) hat, an dem die Hülse (20) durch Einpressen mit dem Gehäuse (10) verbunden ist, und wobei die Lagen des Einpressabschnitts (23) und des Verbindungsabschnitts (36) relativ zueinander entlang einer Achse des zylinderförmigen Gehäuses (10) versetzt sind.
Glühkerze nach Anspruch 1, bei dem ein Abschnitt einer Außenfläche der Hülse (20) und ein entsprechender Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses (10), die sich radial außen vom Verbindungsabschnitt (36) befinden, so gestaltet sind, dass sie zwischen sich einen Abstand (S) definieren.
Glühkerze nach Anspruch 2, bei der der Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses (10), der dem radial außen von dem Verbindungsabschnitt (36) gelegenen Abschnitt der Außenfläche der Hülse (20) zugewandt ist, so gestaltet ist, dass er bezüglich eines am Einpressabschnitt (23) gelegenen Abschnitts der Innenfläche des Gehäuses (10) radial nach außen rückspringt.
Glühkerze nach Anspruch 2 oder 3, bei der der Abschnitt der Außenfläche der Hülse (20), der sich radial außen vom Verbindungsabschnitt (36) befindet, so gestaltet ist, dass er bezüglich eines am Einpressabschnitt (23) gelegenen Abschnitts der Außenfläche der Hülse (20) radial nach innen rückspringt.
Glühkerze nach Anspruch 4, bei dem der Abschnitt der Außenfläche der Hülse (20), der sich radial außen vom Verbindungsabschnitt (36) befindet, so gestaltet ist, dass er einen Abschnitt kleinen Durchmesser (20a) bildet, der einen kleineren Außendurchmesser als der am Einpressabschnitt (23) gelegene Abschnitt der Außenfläche der Hülse (20) hat.
Glühkerze nach Anspruch 5, bei der der Abschnitt kleinen Durchmessers (20a) über den gesamten Umfang der Hülse (20) verläuft.
Glühkerze nach Anspruch 6, bei der der Abschnitt kleinen Durchmessers (20a) über seine gesamte Länge einen gleichmäßigen Außendurchmesser hat.
Glühkerze nach Anspruch 5, bei der der Abschnitt kleinen Durchmessers (20a) dadurch gebildet ist, dass das Material der Hülse an einem begrenzten Abschnitt von ihr, der sich radial außen von dem Verbindungsabschnitt (36) befindet, entfernt ist.
Glühkerze nach Anspruch 6, bei der sich der Verbindungsabschnitt (36) an einem hinteren Ende (22) der Hülse (20) befindet und der radial außen vom Verbindungsabschnitt (36) gelegene Abschnitt der Außenfläche der Hülse (20) als der Abschnitt kleinen Durchmessers einen Verjüngungsabschnitt bildet, dessen Durchmesser allmählich in einer vom vorderen Ende (21) zum hinteren Ende (22) der Hülse (20) hin verlaufenden Richtung abnimmt.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, bei der der Verbindungsabschnitt (36) bezüglich des Einpressabschnitts (23) in einer zum Ende (11) des Gehäuses (10) hin verlaufenden Richtung versetzt ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, bei der der Verbindungsabschnitt (36) bezüglich des Einpressabschnitts (23) in einer zu dem erstgenannten Ende des Gehäuses (10) entgegengesetzten zweiten Ende (12) des Gehäuses (10) hin verlaufenden Richtung versetzt ist.
Glühkerze nach Anspruch 5, bei der der Abschnitt kleinen Durchmessers (20a) der Hülse (20) aus einem Material gebildet ist, dass sich von einem Material unterscheidet, das den restlichen Teil der Hülse (20) bildet.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, bei der die Lagen des Einpressabschnitts (23) und des Verbindungsabschnitts (36) relativ zueinander in der Axialrichtung des Gehäuses um einen Versatzabstand versetzt sind, der größer oder gleich 0,5 mm ist.
Verfahren zum Herstellen einer Glühkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) und das Gehäuse (10) mit Hilfe einer Montagevorrichtung (K1) miteinander in Presspassung gebracht werden, wobei der Heizkörper (30) so in der Hülse (20) gehalten wird, dass der aus dem vorderen Ende (21) der Hülse (20) vorragende vordere Endabschnitt des Heizkörpers (30) nicht mit der Montagevorrichtung (K1) in Kontakt kommt, um dadurch zu verhindern, dass auf den vorderen Endabschnitt des Heizkörpers (30) eine Last wirkt.