DE102006040245A1

DE102006040245A1 - Glühstiftkerze

Info

Publication number: DE102006040245A1
Application number: DE200610040245
Authority: DE
Inventors: Stephan Ernst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Eine Glühstiftkerze (1) dient zur Anordnung in einer Kammer einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine. Dabei weist die Glühstiftkerze (1) ein Heizrohr (2) auf, das mit einem elektrisch isolierenden Füllmaterial (22) teilweise gefüllt ist. Ferner ist ein elektrisch leitendes, keramisches Heizmaterial (15) vorgesehen, das in dem Innenraum (7) des Heizrohrs (2) angeordnet ist und an einem Kontaktbereich (16) zumindest mittelbar mit dem Heizrohr (2) elektrisch verbunden ist. Ferner ist das Heizmaterial (15) teilweise von dem Füllmaterial (22) umgeben, um das Heizmaterial (15) gegenüber einer seitlichen Innenwand (8) zu isolieren. Ferner ist das Füllmaterial (22) als Wärme isolierendes Füllmaterial (22) ausgebildet, um eine Aufheizung des Heizrohrs (2) im Wesentlichen in einem Heizbereich (25) zu erzielen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine. Speziell betrifft die Erfindung eine Glühstiftkerze für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 199 07 229 C2 ist eine Glühstiftkerze mit einem Glührohr mit innenliegender Heizwendel bekannt. Dabei ist die Heizwendel mit einem Anschlusspol und einer Glührohrspitze des Glührohrs verbunden. Außerdem ist in das Glührohr ein Füllmaterial eingebracht, in das die Wendel eingebettet ist. Das Füllmaterial ist elektrisch isolierend und gut Wärme leitend ausgebildet.
Die aus der DE 199 07 229 C2 bekannte Glühstiftkerze hat den Nachteil, dass die erreichbare Temperatur, insbesondere die Maximaltemperatur im Bereich der Glührohrspitze, begrenzt ist. Speziell besteht bei einem relativ hohen Glühstrom die Gefahr, dass die metallische Wendel schmilzt, wodurch die Glühstiftkerze unbrauchbar wird.
Offenbarung der Erfindung
Vorteilhafte Wirkungen
Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein zuverlässiger Betrieb der Glühstiftkerze auch bei höheren Temperaturen möglich ist. Speziell kann eine relativ hohe Energie in die Glühstiftkerze eingebracht werden, die in Wärme umgesetzt wird und entsprechend hohe Temperaturen des Heizrohrs bedingt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Glühstiftkerze möglich.
In vorteilhafter Weise ist das Heizmaterial im Bereich einer Glühspitze des Heizrohrs angeordnet. Dadurch kann im Bereich der Glühspitze eine konzentrierte Aufheizung des Heizrohrs erfolgen. Außerdem kann ein vorteilhafter Wärmeübertrag von dem Heizmaterial auf das Heizrohr zum Aufheizen der Glühspitze erreicht werden.
Vorteilhaft ist es, dass das Heizmaterial umfänglich von dem Füllmaterial umgeben ist. Dadurch ist eine vorteilhafte Einbettung des Heizmaterials in das Füllmaterial möglich, bei der ein guter Wärmeübergang von dem Heizmaterial auf die Glühspitze gewährleistet ist. Dabei ist es von Vorteil, dass zwischen einem Ende des Heizmaterials auf der Seite der Glühspitze und dem Heizrohr kein Füllmaterial vorgesehen ist, um eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen dem Heizmaterial und dem Heizrohr sowie einen guten Wärmeübertrag auf das Heizrohr zu gewährleisten. Beispielsweise kann das Füllmaterial das Heizmaterial ringförmig umschließen.
Vorteilhaft ist es, dass das Heizmaterial als pulverförmiges Heizmaterial ausgestaltet ist, wobei eine Verdichtung des pulverförmigen Heizmaterials sowie eine Verdichtung eines pulverförmigen Füllmaterials bei der Herstellung des gefüllten Heizrohrs erfolgt. Durch die Verdichtung sind das Heizmaterial und das Füllmaterial zuverlässig voneinander getrennt, so dass eine Trennung von leitenden und isolierenden Pulvern erreicht ist. Ferner hat die Ausgestaltung des Heizmaterials als pulverförmiges Heizmaterial und die Ausgestaltung des Füllmaterials als pulverförmiges Füllmaterial den Vorteil, dass nach der Füllung des Heizrohrs mit diesen Pulvern noch Umformungen des Heizrohrs möglich sind, die beispielsweise zur weiteren Verdichtung und zur Eliminierung von Hohlräumen und/oder zum luftdichten Verstemmen des Heizrohrs dienen.
In vorteilhafter Weise ist das Heizmaterial durch eine thermische Einwirkung, insbesondere durch Sintern, verfestigt. Speziell kann ein Heizmaterial aus einem keramischen Pulver zu einem Festkörper umgebildet werden. Dies hat den Vorteil, dass die elektrische Leitfähigkeit des Heizmaterials weiter verbessert ist. Ferner kann durch die thermische Einwirkung ein Verschmelzen des Heizmaterials im Kontaktbereich mit dem Heizrohr erreicht werden, so dass ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen dem Heizmaterial und dem Heizrohr erreicht ist. Im Kontaktbereich zwischen dem Heizmaterial und dem Heizrohr kann auch ein metallisches Kontaktelement vorgesehen sein, das eine mittelbare elektrische Kontaktierung zwischen dem Heizmaterial und dem Heizrohr gewährleistet. Speziell durch einen relativ niedrigen Schmelzpunkt des Kontaktelementes kann bei der thermischen Bearbeitung ein Verschmelzen des Kontaktelements mit dem Heizmaterial und die Ausbildung einer Legierung aus dem Material des Kontaktelements und dem Material des Heizrohrs im Kontaktbereich erreicht werden.
Ferner ist es vorteilhaft, dass auch zwischen einem mit einer Glühstromleitung verbundenen Anschlussbolzen und dem Heizmaterial ein weiteres Kontaktelement vorgesehen ist, das durch die thermische Bearbeitung mit dem Heizmaterial verschmolzen und mit dem Anschlussbolzen legiert ist. Dadurch wird eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Anschlussbolzen und dem Heizmaterial erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze in einer schematischen Schnittdarstellung und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze in einer schematischen Schnittdarstellung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Glühstiftkerze 1 in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Glühstiftkerze 1 kann insbesondere als Glühstiftkerze 1 für eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine ausgestaltet sein. Ein Heizrohr 2 der Glühstiftkerze 1 ragt im montierten Zustand zumindest teilweise in eine Kammer der Brennkraftmaschine. Das Heizrohr 2 kann bei Vor- und Wirbelkammermotoren in die Vor- bzw. Wirbelkammer und bei Motoren mit Direkteinspritzung in die Brennkammer des Motors ragen. Die Glühstiftkerze 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Die Glühstiftkerze 1 weist ein vereinfacht dargestelltes Gehäuse 3 auf, das das Heizrohr 2 aufnimmt. Das Gehäuse 3 der Glühstiftkerze 1 ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Ein Dichtkonus 4 des Gehäuses 3 dient im montierten Zustand, in dem die Glühstiftkerze 1 in eine Bohrung der Brennkraftmaschine eingeschraubt ist, zur Abdichtung der Kammer der Brennkraftmaschine.
Das Heizrohr 2 ist als metallisches Heizrohr 2 ausgestaltet, wobei das Heizrohr 2 über eine elektrische Leitung 5 mit dem Gehäuse 3 verbunden ist, um das Heizrohr 2 über das Gehäuse 3 mit Masse 6 zu verbinden. Die Verbindung mit der elektrischen Masse 6 kann beispielsweise beim Einschrauben des Gehäuses 3 in die Bohrung der Brennkraftmaschine hergestellt werden.
Das Heizrohr 2 der Glühstiftkerze 1 weist einen Innenraum 7 auf, der durch eine seitliche Innenwand 8 und eine endseitige Innenwand 9 des Heizrohrs 2 begrenzt ist. In dem Innenraum 7 ist ein elektrisch leitendes, keramisches Heizmaterial 15 vorgesehen, das einerseits an einem Kontaktbereich 16 mit dem Heizrohr 2 elektrisch verbunden ist und andererseits mit einer metallischen Kontaktplatte 17 eines Anschlussbolzens 18 elektrisch verbunden ist. Der Anschlussbolzen 18 weist außerdem ein metallisches Stabelement 19 auf, das innerhalb des Gehäuses 3 mit einer Glühstromleitung 20 verbunden ist. In dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel liegt das Heizmaterial 15 einerseits unmittelbar an der endseitigen Innenwand 9 des Heizrohrs 2 und andererseits unmittelbar an der Kontaktplatte 17 des Anschlussbolzens 18 an.
In dem Innenraum 7 des Heizrohrs 2 ist außerdem ein FUhrungselement 21 angeordnet, das eine zuverlässige Befestigung des Anschlussbolzens 18 gewährleistet und den Anschlussbolzen 18 gegenüber dem Heizrohr 2 isoliert. Das FUhrungselement 21 dient außerdem zum Verschließen eines Teils des Innenraums 7, in dem der Anschlussbolzen 18 und das Heizmaterial 15 angeordnet sind. Ferner ist dieser Teil des Innenraums 7 mit einem Füllmaterial 22 aufgefüllt.
Das Heizmaterial 15 ist als elektrisch leitendes und Wärme leitendes Heizmaterial 15 ausgestaltet. Ferner ist das Füllmaterial 22 als elektrisch isolierendes und Wärme isolierendes Füllmaterial 22 ausgestaltet.
Durch Anlegen einer Spannung gegenüber Masse 6 an die Glühstromleitung 20 wird ein Glühstrom durch das Heizmaterial 15 erzeugt, der zum Aufheizen des Heizmaterials 15 führt. Der Anschlussbolzen 18 ist dabei durch das Führungselement 21 und das elektrisch isolierende Füllmaterial 22 gegenüber dem Heizrohr 2 elektrisch isoliert. Dadurch fließt der Glühstrom zumindest im Wesentlichen durch das Heizmaterial 15, so dass die zugeführte Energie zumindest weitgehend in eine Aufheizung des Heizmaterials 15 umgesetzt wird. Außerdem ist das Heizmaterial 15 umfänglich von dem Füllmaterial 22 umgeben. Dabei kann ein ringförmiger Teil 23 des Füllmaterials 22 als separater Füllring 23 verpresst sein und das Heizmaterial 15 in seinem Inneren aufnehmen. Der Füllring 23 isoliert das Heizmaterial 15 gegenüber der seitlichen Innenwand 8 des Heizrohrs 2 und einem außerhalb des Kontaktbereichs 16 liegenden Teil der endseitigen Innenwand 9 des Heizrohrs 2. Ein Wärmeübergang von dem Heizmaterial 15 auf das Heizrohr 2 findet daher im Wesentlichen in dem Kontaktbereich 16 statt, so dass das Heizrohr 2 im Wesentlichen in einem Heizbereich 25 an einer Glühspitze 26 aufgeheizt wird. Das Heizmaterial 15 ist vorzugsweise relativ hitzebeständig, so dass relativ viel Energie in dem Heizmaterial 15 in Wärme umgesetzt werden kann, wodurch hohe Temperaturen im Heizbereich 15 erreicht werden können.
Das keramische Heizmaterial 15 kann als pulverförmiges Heizmaterial 15 ausgebildet sein, d.h. aus einem keramischen Pulver bestehen. Ferner kann auch das keramische Füllmaterial 22 als pulverförmiges Füllmaterial 22 ausgebildet sein, d.h. aus einem keramischen Pulver bestehen. Beispielsweise kann das Heizmaterial 15 auf der Basis eines Gemisches von Si₃N₄ und MoSi₂ oder auf der Basis eines Gemisches von SiOC und MoSi₂ ausgebildet sein. Das Füllmaterial 22 kann auf der Basis von AlO, SiN oder SiOC ausgebildet sein.
Bei der Herstellung des Heizrohrs 2 kann zunächst ein gepresster Füllring 23 in das Heizrohr 2 eingebracht werden. Anschließend kann das Innere des Füllrings 23 mit einem keramischen Pulver zum Ausbilden des Heizmaterials 15 aufgefüllt und anschließend verdichtet werden. Nach dem Einbringen des Anschlussbolzens 18 in den Innenraum 7 kann der Innenraum 7 zumindest teilweise mit dem restlichen Füllmaterial 22 aufgefüllt und nach einem Verdichten des restlichen Füllmaterials 22 mit dem Führungselement 21 verschlossen werden. Eventuell verbleibende Hohlräume oder dgl. können durch Hämmern des Heizrohrs 2 geschlossen werden. Ferner kann durch das Hämmern des Heizrohrs 2 einen weitere Verdichtung des Heizmaterials 15 und/oder des Füllmaterials 22 erreicht werden. Somit kann das gefüllte Heizrohr 2 gegebenenfalls mechanisch umgeformt werden, so dass eine Weiterbearbeitung wie bei Glühstiftkerzen mit einer Heizwendel möglich ist.
Nach dem Füllen des Heizrohrs 2 kann außerdem ein thermischer Prozess mit einem oder mehreren thermischen Schritten, z.B. Sintern, durchgeführt werden, um eine Verfestigung des Heizmaterials 15 und/oder des Füllmaterials 22 zu erreichen. Dabei kann es zu einer Keramisierung des Pulvers des Heizmaterials 15 bzw. des Pulvers des Füllmaterials 22 kommen. Durch die thermische Bearbeitung kann außerdem eine mechanische Verbindung, insbesondere eine Verschmelzung, des Heizmaterials 15 mit dem Heizrohr 2 im Kontaktbereich 16 und/oder mit der Kontaktplatte 17 des Anschlussbolzens 18 erfolgen. Dadurch wird ein zuverlässiger und widerstandsfähiger elektrischer Kontakt mit dem Heizrohr 2 und/oder dem Anschlussbolzen 18 ausgebildet. Nach der thermischen Bearbeitung ist dann das Heizmaterial 15 einerseits im Kontaktbereich 16 mit dem Heizrohr 2 und andererseits mit der Kontaktplatte 17 des Anschlussbolzens 18 verschmolzen.
2 zeigt eine Glühstiftkerze 1 in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Heizmaterial 15 mittels eines metallischen Kontaktelements 30, das im Kontaktbereich 16 vorgesehen ist, mit dem Heizrohr 2 elektrisch und mechanisch verbunden. Dabei ist ein Schmelzpunkt des Materials des Kontaktelements 30 kleiner als ein Schmelzpunkt des Materials des Heizrohrs 2. Bei der Herstellung der Glühstiftkerze 1 wird durch eine thermische Bearbeitung, die einen oder mehrere thermische Schritte aufweisen kann, eine mechanische Verbindung zwischen dem Kontaktelement 30 und einerseits dem Heizmaterial 15 sowie andererseits dem Heizrohr 2 ausgebildet. Dadurch ist das Heizmaterial 15 im Kontaktbereich 16 mit dem Kontaktelement 30 verschmolzen und das Heizrohr 2 ist im Kontaktbereich 16 mit dem Kontaktelement 30 legiert. Zur Ausbildung einer Legierung zwischen dem Kontaktelement 30 und dem Heizrohr 2 im Bereich der endseitigen Innenwand 9 ist vorzugsweise ein Kontaktelement 30 mit einem etwas niedrigeren Schmelzpunkt als das Heizrohr 2 gewählt, um eine Verformung des Heizrohrs 2 im Heizbereich 25 während der thermischen Bearbeitung zu verhindern. Beispielsweise kann das Heizrohr 2 einen Schmelzpunkt aus dem Bereich von etwa 1370°C bis etwa 1470°C haben, während das Kontaktelement 30 einen Schmelzpunkt hat, der etwa 50°C niedriger ist als der Schmelzpunkt des Heizrohrs 2.
Ferner ist ein weiteres Kontaktelement 31 vorgesehen, das zwischen der Kontaktplatte 17 des Anschlussbolzens 18 und dem Heizmaterial 15 angeordnet ist. Dabei ist das weitere Kontaktelement 31 einerseits mit der Kontaktplatte 17 des Anschlussbolzens 18 legiert und andererseits mit dem Heizmaterial 15 verschmolzen. Die Ausgestaltung und Herstellung dieser mechanischen und elektrischen Verbindungen kann entsprechend der oben beschriebenen Verbindung zwischen dem Heizmaterial 15 und dem Kontaktelement 30 sowie dem Kontaktelement 30 und dem Heizrohr 2 ausgebildet sein.
Alternativ kann das Heizmaterial 15 auch direkt mit der Kontaktplatte 17 des Anschlussbolzens 18 verschmolzen sein, wie es oben anhand der 1 beschrieben ist. Ferner kann das Heizmaterial 15 auch direkt mit dem Heizrohr 2 verschmolzen sein, wie es oben anhand der 1 beschrieben ist, während das weitere Kontaktelement 31 zum Verbinden des Heizmaterials 15 mit der Kontaktplatte 17 vorgesehen ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Glühstiftkerze (1) zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine mit einem Heizrohr (2) und zumindest einem elektrisch isolierenden Füllmaterial (22), wobei das Füllmaterial (22) einen Innenraum (7) des Heizrohrs (2) teilweise füllt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektrisch leitendes, keramisches Heizmaterial (15) vorgesehen ist, das in dem Innenraum (7) des Heizrohrs (2) angeordnet ist, dass das Heizmaterial (15) an zumindest einem Kontaktbereich (16) zumindest mittelbar mit dem Heizrohr (2) elektrisch verbunden ist und dass das Heizmaterial (15) zumindest teilweise von dem Füllmaterial (22) umgeben ist.
Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmaterial an einem Heizbereich (25) des Heizrohrs (2), insbesondere im Bereich einer Glühspitze (26) des Heizrohrs (2), angeordnet ist.
Glühstiftkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmaterial (15) umfänglich von dem Füllmaterial (22) umgeben ist.
Glühstiftkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (22) das Heizmaterial (15) ringförmig umschließt.
Glühstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmaterial (15) als pulverförmiges Heizmaterial (15) ausgestaltet ist.
Glühstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (22) als pulverförmiges Füllmaterial (22) ausgestaltet ist.
Glühstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmaterial (15) durch eine thermische Einwirkung verfestigt ist.
Glühstiftkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmaterial (15) im Kontaktbereich (16) mit dem Heizrohr (2) verschmolzen ist.
Glühstiftkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontaktbereich (16) ein metallisches Kontaktelement (30) vorgesehen ist, das das Heizmaterial (15) elektrisch mit dem Heizrohr (2) verbindet, und dass das Heizmaterial (15) mit dem Kontaktelement (30) verschmolzen ist.
Glühstiftkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmelzpunkt des Kontaktelements (30) niedriger ist als ein Schmelzpunkt des Heizrohrs (2).
Glühstiftkerze nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (2) mit dem Kontaktelement (30) legiert ist.
Glühstiftkerze nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Glühstromleitung (20) verbundener Anschlussbolzen (18) vorgesehen ist, dass das Heizmaterial (15) mittels eines weiteren Kontaktelements (31) mit dem Anschlussbolzen (18) verbunden ist und dass das Heizmaterial (15) mit dem weiteren Kontaktelement (31) verschmolzen ist.
Glühstiftkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (22) als Wärme isolierendes Füllmaterial (22) ausgestaltet ist.