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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Glühstift
für eine Glühstiftkerze
zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine und eine
Glühstiftkerze
mit solch einem Glühstift.
Speziell betrifft die Erfindung einen Glühstift sowie eine Glühstiftkerze
zur Anordnung in einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer einer luftverdichtenden,
selbstzündenden
Brennkraftmaschine.
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Aus
der
DE 100 30 924
A1 ist eine Glühstiftkerze
zur Anordnung in einem Brennraum bekannt. Dabei ist in einer konzentrischen
Bohrung eines Gehäuses
der Glühstiftkerze
ein stabförmiges
Heizelement angeordnet, das eine erste stromführende Schicht, eine zweite
stromführende
Schicht und eine Isolationsschicht aufweist. Dabei trennt die Isolationsschicht
die erste stromführende
Schicht von der zweiten stromführenden
Schicht. Am brennraumseitigen Ende des Heizelements sind die beiden
stromführenden
Schichten durch einen Leitschichtsteg aus elektrisch leitendem keramischen
Material verbunden.
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Die
aus der
DE 100 30
924 A1 bekannte Glühstiftkerze
hat den Nachteil, dass das keramische Heizelement leicht beschädigt werden
kann, da die Widerstandsfähigkeit
des keramischen Materials gering ist und dieses zwischen der Spitze
des Heizelements und dem Gehäuse
frei liegt. Dabei sind auch geringe Beschädigungen im Bereich der Spitze
nachteilig. Beispielsweise kann sich eine Beschädigung des aus der
DE 100 30 924 A1 bekannten
Leitschichtstegs in einer wesentlichen Änderung des Stromflusses zum
Aufheizen der Glühstiftkerze
auswirken, so dass ein zuverlässiger
Betrieb nicht mehr gewährleistet
ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteilhafte Wirkungen
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Der
erfindungsgemäße Glühstift mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Glühstiftkerze
mit den Merkmalen des Anspruchs 8 haben den Vorteil, dass die Widerstandsfähigkeit
gegenüber äußeren Einwirkungen
im Bereich der Heizstellen des keramischen Heizkörpers verbessert ist, so dass
ein zuverlässiger
Betrieb ermöglicht
ist. Speziell wird der empfindliche keramische Heizkörper an
den Stellen geschützt,
an denen dieser die höchste
Temperatur erfährt
und somit eine erhöhte
Empfindlichkeit gegenüber
chemischen und mechanischen Einwirkungen besteht.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Glühstifts
sowie der im Anspruch 8 angegebenen Glühstiftkerze möglich.
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In
vorteilhafter Weise ist der keramische Heizkörper an einer in dem Endabschnitt
vorgesehenen Verbindungsstelle formschlüssig mit der Schutzhülse verbunden.
Die formschlüssige
Verbindung kann beispielsweise durch eine umlaufende Vertiefung,
insbesondere eine ringförmige
Nut, erfolgen. Der keramische Heizkörper kann aber auch eine umlaufende
Lippe oder einen vorstehenden Wulst aufweisen. Die formschlüssige Verbindung
hat den Vorteil, dass Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen dem
keramischen Heizkörper
und der Schutzhülse
nicht zu Spannungen in dem keramischen Material des Heizkörpers führen.
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Die
Schutzhülse
kann auch auf den Endabschnitt des keramischen Heizkörpers aufgepresst sein.
Ferner kann die Schutzhülse
gegebenenfalls zusätzlich
mittels eines Klebstoffes, insbesondere eines keramischen Klebstoffes,
oder einer speziellen Metall-Keramik-Verbindung mit dem Heizkörper verbunden
oder an dem Heizkörper
fixiert sein. Dadurch kann die Schutzhülse auf eine Vielzahl von keramischen
Heizkörpern
aufgebracht werden, ohne dass konstruktive Anpassungen des keramischen
Heizkörpers
erforderlich sind.
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Die
Schutzhülse
weist vorzugsweise eine geringe Wandstärke auf, um eine rasche Wärmeabgabe
von dem keramischen Heizkörper
an das in der Kammer vorgesehene Medium, insbesondere Luft, zu ermöglichen.
Die Wandstärke
kann beispielsweise im Bereich von 0,3 mm bis etwa 0,5 mm liegen.
Die Schutzhülse
besteht vorzugsweise aus einem hochschmelzenden metallischen Werkstoff,
insbesondere einer Eisenlegierung mit Nickel und Chrom. Beispielsweise
kann die Legierung auf eine Temperatur aus dem Bereich von 1300°C bis 1500°C ausgelegt sein.
Durch die Schutzhülse
ist ein Schutz gegenüber chemischen
Einwirkungen auf den keramischen Heizkörper, insbesondere ein Korrosionsschutz,
sowie ein Schutz gegenüber
mechanischer Beschädigung,
insbesondere einer Beschädigung
beim Ein- und beim Ausbau der Glühstiftkerze,
gegeben. Dabei werden auch Teilbeschädigungen verhindert, die insbesondere
bei bereits eingesetzten und somit gegebenenfalls verschmutzten,
insbesondere versotteten, Glühstiften
schwer zu erkennen sind. Ferner ist ein Schutz gerade im empfindlichen
Heizbereich gewährleistet,
in dem sich auch kleinere Beschädigungen
in Bezug auf das Heizverhalten erheblich auswirken können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der
beigefügten
Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Glühstiftkerze
mit einem Glühstift entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer schematischen, teilweise geschnittenen Darstellung;
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2 den
in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Glühstiftkerze
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
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3 den
in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des Glühstifts
der Glühstiftkerze
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer keramischen Glühstiftkerze 1 mit
einem Glühstift 2 in einer
auszugsweisen, axialen Schnittdarstellung. Die Glühstiftkerze 1 kann
insbesondere als Glühstiftkerze 1 für eine luftverdichtende,
selbstzündende Brennkraftmaschine
ausgestaltet sein. Der Glühstift 2 der
Glühstiftkerze 1 ragt
bei Vor- und Wirbelkammermotoren in die Kammer der Brennkraftmaschine und
bei Motoren mit Direkteinspritzung in eine Brennkammer des Motors.
Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Die
Glühstiftkerze 1 weist
ein Gehäuse 3 auf, das
beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff besteht. Das Gehäuse 3 weist
eine konzentrische Durchgangsbohrung 4 auf, die einen Innenraum 4 des
Gehäuses 3 bildet.
Ferner ist ein mit dem Gehäuse 3 verbundenes
Stützrohr 5 vorgesehen.
Der Glühstift 2 weist
einen keramischen Heizkörper 6 auf,
der sich teilweise in dem Gehäuse 3 befindet
und teilweise von dem Stützrohr 5 umschlossen
ist. Zumindest ein Endabschnitt 7 des keramischen Heizkörpers 6 ragt
aus dem Stützrohr 5 heraus.
Beim Betrieb der Glühstiftkerze 1 erfolgt
die Hitzeentwicklung im Wesentlichen am Endabschnitt 7 des
keramischen Heizkörpers 6,
während
der übrige
Teil des keramischen Heizkörpers 6 im
Wesentlichen von dem Stützrohr 5 umgeben
und gestützt
ist.
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Das
Gehäuse 3 weist
außerdem
einen Befestigungsabschnitt 8 auf, an dem ein Gewinde ausgebildet
ist, um die Glühstiftkerze 1 in
eine Öffnung der
Brennkraftmaschine einzuschrauben.
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Die
Glühstiftkerze 1 weist
noch weitere Bauteile auf, die unter anderem den elektrischen Kontakt mit
den verschiedenen Schichten des keramischen Heizkörpers 6 herstellen,
um die Beaufschlagung mit einer Betriebsspannung zu ermöglichen.
Die Betriebsspannung wird dabei von einer kammerfernen Seite 9 an
die Glühstiftkerze 1 geführt. Zur
Vereinfachung der Darstellung sind diese weiteren, aus dem Stand
der Technik bekannten Bauteile in der 1 nicht
dargestellt.
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An
dem Endabschnitt 7 des keramischen Heizkörpers 6 ist
eine Schutzhülse 10 vorgesehen, die
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kappenförmig
ausgestaltet ist. Die Schutzhülse 10 ist
auf den keramischen Heizkörper 6 aufgepresst
und somit kraftschlüssig
mit diesem verbunden. Die Schutzhülse 10 weist einen
zumindest im Wesentlichen rohrförmigen
Abschnitt 11 und einen kappen- oder tellerförmigen Abschnitt 12 auf,
der bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
als kappenförmiger
Abschnitt 12 ausgestaltet ist.
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Die
Schutzhülse 10 ist
aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet, der hochtemperaturfest ist.
Speziell eignen sich hochschmelzende Metalle für Maximaltemperaturen aus dem
Bereich von etwa 1300°C
bis etwa 1500°C.
Eine bis zu solch einer Maximaltemperatur beständige Schutzhülse 10 kann beispielsweise
aus einer Eisenlegierung mit Nickel und Chrom ausgebildet sein.
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Die
Schutzhülse 10 gewährleistet
einen Schutz des keramischen Materials des keramischen Heizkörpers 6 gegenüber chemischer
Korrosion oder Angriffen von im Kühlwasser gelösten Chemikalien sowie
einen Schutz gegenüber
mechanischen Einflüssen,
die zu einer Beschädigung
der Kerze führen können. Dabei
wird gerade die empfindliche Spitze des keramischen Heizkörpers 6 durch
den kappen- oder tellerförmigen
Abschnitt 12 geschützt.
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Die
Schutzhülse 10 ist
etwas beabstandet zu dem Stützrohr 5 angeordnet,
so dass eine direkte Ableitung der von dem keramischen Heizkörper 6 auf die
Schutzhülse 10 übertragenen
Wärme an
das Stützrohr 5 sowie
das Gehäuse 3 verhindert
ist. Die thermische Brücke
zwischen dem Endabschnitt 7 und dem Stützrohr 5 kommt daher
im Wesentlichen über
das keramische Material des keramischen Heizkörpers 6 zustande,
so dass die Heizwirkung der Glühstiftkerze 1 nicht
beeinträchtigt
ist. Ferner ist die Schutzhülse 10 als
dünne Schutzhülse 10 ausgestaltet,
so dass ein rascher Wärmetransport
von dem keramischen Heizkörper 6 an
das umgebende Medium, insbesondere die Luft, möglich ist.
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2 zeigt
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer Glühstiftkerze 1 mit
einem Glühstift 2 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In dem Endabschnitt 7 des keramischen Heizkörpers 6 sind
eine oder mehrere Heizstellen 13, 14 auf Grund
der Ausgestaltung, insbesondere des Schichtaufbaus, des keramischen
Heizkörpers 6 vorgegeben.
Dabei sind zahlreiche Variationen, insbesondere in Bezug auf die
Ausdehnung und die Anordnung der Heizstellen 13, 14 im
Endabschnitt 7 des keramischen Heizkörpers 6, möglich. Zur
Illustration sind in der 2 die Heizstellen 13, 14 gekennzeichnet.
Dabei liegt die Heizstelle 13 im Bereich einer Stirnseite 20 des
keramischen Heizkörpers 6.
Ein Schutz des keramischen Materials des keramischen Heizkörpers 6 im
Bereich der Heizstelle 13 erfolgt daher zu einem großen Anteil über den
kappen- oder tellerförmigen
Abschnitt 12 der Schutzhülse 10, wobei der
kappen- oder tellerförmige
Abschnitt 12 in der 2 auf Grund
der ebenen Ausgestaltung der Stirnseite 20 des Heizkörpers 6 als
tellerförmiger
Abschnitt 12 ausgestaltet ist. Das heißt, die Ausgestaltung des kappen-
oder tellerförmigen
Abschnitts 12 ist an die Geometrie der Stirnseite 20 des
Heizkörpers 6 angepasst.
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Die
Heizstelle 14 ist im Wesentlichen seitlich an dem Endabschnitt 7 des
keramischen Heizkörpers 6 angeordnet,
so dass ein Schutz des keramischen Materials des keramischen Heizkörpers 6 im Bereich
der Heizstelle 14 im Wesentlichen durch den rohrförmigen Abschnitt 11 der
Schutzhülse 10 gewährleistet
ist.
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Der
keramische Heizkörper 6 weist
im Endabschnitt 7 eine als ringförmige Nut 22 ausgestaltete
Vertiefung 22 auf, in die ein Verbindungsabschnitt 23 des
rohrförmigen
Abschnitts 11 der Schutzhülse 10 eingreift,
wobei der Verbindungsabschnitt 23 gegenüber dem übrigen rohrförmigen Abschnitt 11 einen
verringerten Durchmesser aufweist. Somit sind der keramische Heizkörper 6 und
die Schutzhülse 10 an
einer Verbindungsstelle 21 miteinander verbunden, wobei
eine formschlüssige
Verbindung ausgebildet ist. Die mechanische Verformung des Verbindungsabschnitts 23 der
Schutzhülse 10 an
der Verbindungsstelle 21 kann beispielsweise durch Rändeln erfolgen.
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Die
Schutzhülse 10 kann
außerdem
auf den keramischen Heizkörper 6 aufgepresst
sein. Es ist allerdings auch möglich,
dass, gegebenenfalls abgesehen von der Verbindungsstelle 21,
ein gewisser Spalt zwischen dem keramischen Heizkörper 6 und
der Schutzhülse 10 vorgesehen
ist, so dass eine Verbindung zwischen der Schutzhülse 10 und
dem keramischen Heizkörper 6 nur
an der Verbindungsstelle 21 besteht. Dadurch können Spannungsbelastungen des
keramischen Materials des keramischen Heizkörpers 6 auf Grund
unterschiedlicher Wärmeausdehnung
in Bezug auf das Material des Heizkörpers 6 und das Material
der Schutzhülse 10 vermieden werden.
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3 zeigt
den in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Glühstifts 2 einer
Glühstiftkerze 1 entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist an einer Stelle 24 zwischen dem keramischen Heizkörper 6 und
dem rohrförmigen
Abschnitt 11 der Schutzhülse 10 am Endabschnitt 7 des
keramischen Heizkörpers 6 ein
keramischer Klebstoff 25 oder eine spezielle hochtemperaturfeste
Metall-Keramik-Verbindung
vorgesehen, so dass eine zumindest stellenweise Verbindung zwischen
dem keramischen Heizkörper 6 und der
Schutzhülse 10 ausgebildet
ist. Die durch den keramischen Klebstoff 25 vermittelte
Verbindung kann zusätzlich
oder alternativ zu den oben anhand der 1 und 2 beschriebenen
Verbindungsmöglichkeiten
vorgesehen sein. Speziell kann durch den keramischen Klebstoff 25 eine
zusätzliche
Fixierung der Schutzhülse 10 an
dem keramischen Heizkörper 6 erfolgen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.