DE102009056057A1

DE102009056057A1 - Glühkerze und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102009056057A1
Application number: DE102009056057A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hain; Martin Allgaier
Original assignee: Beru AG
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: CN102224381A; US9964306B2; WO2010060616A3; WO2010060616A2; DE102009056057B4; CN102224381B; US20110215080A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze mit einem Gehäuse (X, XII), einem keramischen Glühstift (I), der mit einem ersten Ende aus dem Gehäuse (X, XII) herausragt und mit einem zweiten Ende in dem Gehäuse (X, XII) angeordnet ist, einem Zuleiter (IV), der in dem Gehäuse (X, XII) angeordnet ist und zu dem Glühstift (I) führt, und einer Hülse (V), die einen aus dem Gehäuse (X, XII) herausragenden Abschnitt des Glühstifts (I) umschließt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Glühstift (I) einen von dem Gehäuse (X, XII) umgebenen Abschnitt aufweist, der sich zu dem zweiten Ende hin verjüngt, der Glühstift (I) in dem Gehäuse (X, XII) von einem Kontaktelement (II) umfasst ist, das einen sich zu dem zweiten Ende des Glühstifts (I) hin verengenden Abschnitt (4) aufweist, mit dem es zumindest einen Teilabschnitt des sich verjüngenden Abschnitts des Glühstifts (I) umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Glühkerze.

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Derartige Glühkerzen sind beispielsweise aus DE 10 2004 055 218 A1 , EP 1 239 222 B1 und JP 2002 243 150 A bekannt.
Bei derartigen Glühkerzen ist nachteilig, dass die Spitzen des auch als Glühstift bezeichneten Keramikheizers im Betrieb abbrechen und hohe Folgeschäden verursachen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie diese Bruchgefahr reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Glühkerze mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das Kontaktelement einer erfindungsgemäßen Glühkerze kann als Drehteil mit großer Maßgenauigkeit hergestellt werden und ermöglicht eine einfache Gestaltung der Kontaktfläche. Dadurch ist eine präzisere Positionierung und Verbindung des Glühstifts möglich. Insbesondere lässt sich eine spanend, beispielsweise durch Drehen, Bohren oder Reiben, hergestellte Oberfläche des Kontaktelements sehr gut kontaktieren. Die Verbindung des Kontaktelements mit dem Glühstift kann beispielsweise durch Pressen oder Aufschrumpfen erfolgen. Bevorzugt wird das Kontaktelement mit dem Glühstift verlötet. Die Kontaktfläche eines erfindungsgemäßen Kontaktelements lässt sich vorteilhaft einfach gestalten und sehr gut mit Lot benetzen.
Bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze kann der Glühstift elektrisch durch ein Kontaktelement kontaktiert werden, so dass die Hülse diese Funktion nicht übernehmen muss und hinsichtlich ihrer Schutzfunktion des Glühstifts optimiert werden kann. Das Kontaktelement lässt sich vorteilhaft mit geringen Fertigungstoleranzen herstellen und mit dem Glühstift kontaktieren, insbesondere verlöten. Für die elektrische Kontaktierung genügt eine recht kleine Kontaktfläche zwischen Glühstift und Kontaktelement, die eine einfache und dennoch qualitativ hochwertige Verlötung ermöglicht. Kleinere Lötflächen ermöglichen mit geringerem Aufwand ein vollständiges Umströmen mit Schutzgas, beispielsweise Argon. Schädliche Einflüsse von Luft und Oxidationsprodukten verdampfender Verschmutzungen lassen sich deshalb während dem Lötvorgang von dem Lot fernhalten. Vorteilhaft können deshalb sicherer dichte Lötverbinden, die frei von gekapselten Hohlräumen sind, hergestellt werden. Risskeime, die beim späteren Gebrauch der Glühkerze zu einem Glühstiftbruch führen können, lassen sich deshalb weitgehend vermeiden. Erfindungsgemäße Glühkerzen haben deshalb eine reduzierte Bruchgefahr.
Da die Hülse und das Kontaktelement als eigenständige Bauteile ausgeführt sind, ergibt sich die Möglichkeit, die Bauteile aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Jedes Bauteil besteht bevorzugt aus einem für die Funktion optimierten Material, beispielsweise kann die Hülse aus einem hochtemperaturbeständigen Stahl, beispielsweise Inconel, gefertigt werden und für das Kontaktelement ein kostengünstigerer Stahl verwendet werden. Funktionsrisiken durch Funktionskombinationen werden minimiert. Bei einem kurzen Bauteil das gelötet wird, erfolgt eine Minimierung der Oberfläche, an der Luft anhaften kann, was zu sauberen Lötungen führt.
Bevorzugt ist der sich verjüngende Abschnitt des Glühstifts konisch ausgebildet. Der sich verengende Abschnitt des Kontaktelements ist bevorzugt konisch ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Kegelwinkel dieser beiden konischen Abschnitte gleich. Es ist aber auch möglich, diese beiden Abschnitte konisch mit unterschiedlich geformten Kegelwinkeln auszubilden, insbesondere Abweichungen von weniger als 5° fallen nur wenig ins Gewicht. Möglich ist es auch, einen oder sogar beide Abschnitte mit einer von einem Konus abweichenden Form auszubilden. Wird das Kontaktelement durch Pressen mit dem Glühstift verbunden ist bevorzugt der Öffnungswinkel des sich verengenden Abschnitts des Kontaktelements kleiner als der Öffnungswinkel des sich verjüngenden Stiftabschnitts. Sind sowohl der sich verengende Abschnitt des Kontaktelements als auch der sich verjüngende Stiftabschnitt konisch lässt sich eine Pressverbindung besonders vorteilhaft erreichen, wenn der Öffnungswinkel des konischen Abschnitts des Kontaktelements 0,1° bis 2°, vorzugsweise 0,2° bis 1°, kleiner als der Öffnungswinkel des Konus des Stiftabschnitts ist.
Bevorzugt ragt der Glühstift durch das Kontaktelement hindurch, so dass sich die Verlötung mit geringem Aufwand durchführen lässt.
Das Kontaktelement ist bevorzugt als ein Ring oder eine Hülse ausgebildet. Vorteilhaft kann der Glühstift auf diese Weise rundum umschlossen werden. Wird als Kontaktelement eine Hülse verwendet, ist diese bevorzugt kurz und hat beispielsweise eine Länge, die weniger als das Dreifache, bevorzugt nicht mehr als das Doppelte, ihres größten Durchmessers beträgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich zwischen dem Kontaktelement und dem Glühstift wenigstens ein Ringraum als Lotpuffer zur Aufnahme von überschüssigem Lot befindet. Bevorzugt ist der einen Lotpuffer bildende Ringraum teilweise mit Lot gefüllt und verengt sich ausgehend von einem Ende des Kontaktelements in Richtung zu dem anderen Ende des Kontaktelements hin. Bevorzugt sind zwei sich verengende Ringräume vorhanden, wobei sich einer zu dem ersten Ende des Glühstifts hin und der andere zu dem zweiten Ende des Glühstifts hin verjüngt.
Das Kontaktelement kann einen Lotpuffer am Kegel des Kontaktrings und einen Lotpuffer am Schaft des Kontaktringes bilden und so dem Lot Raum geben, sich am Übergang zum Kegel zu sammeln.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktelement an der Hülse anliegt, insbesondere überlappend mit der Hülse angeordnet ist. Prinzipiell kann die Hülse zwar auch in einem Abstand von dem Kontaktelement angeordnet werden, jedoch lässt sich die mechanische Belastung des Glühstifts vorteilhaft reduzieren, wenn die Hülse an dem Kontaktelement anliegt, insbesondere mit diesem durch Schweißen verbunden ist. Eine überlappende Anordnung erleichtert das Schweißen.
Die Hülse ist bevorzugt gasdicht mit dem Gehäuse verbunden, beispielsweise über ein Dichtungselement. Als Dichtungselement kann insbesondere eine Membran oder ein Faltenbalg verwendet werden. Bevorzugt ist das Dichtungselement stoffschlüssig mit dem Gehäuse und der Hülse verbunden, beispielsweise durch verschweißen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse zweiteilig ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann ein Dichtungselement zwischen einem hinteren, d. h. vom Brennraum abgewandten, Gehäuseteil und der Hülse durch ein vorderes Gehäuseteil geschützt werden. Nach der Montage des Dichtungselements können die beiden Gehäuseteile zusammengefügt werden, beispielsweise durch Schweißen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zuleiter von einer zweiten Hülse umgeben ist. Die zweite Hülse kann als Verlängerung der ersten Hülse und des Kontaktelements, insbesondere eines Kontaktrings genutzt werden. Die beiden Hülsen können separat voneinander und vom Lötbereich der Funktionseinheit aus einfachen Rohrabschnitten hergestellt werden. Bevorzugt liegt das Kontaktelement an der zweiten Hülse an, besonders bevorzugt sind das Kontaktelement und die zweite Hülse überlappend angeordnet. Auf diese Weise kann das Kontaktelement gut mit der zweiten Hülse verschweißt werden.
Zwischen der zweiten Hülse und dem Gehäuse kann ein Schwingungsdämpfer angeordnet werden. Bevorzugt hat die zweite Hülse einen Abschnitt mit reduziertem Außendurchmesser zur Positionierung eines Dämpfungsrings.
Der Glühstift hat bevorzugt einen keramischen Innenleiter und einen keramischen Außenleiter, zwischen denen ein keramischer Isolator angeordnet ist. Ein Endabschnitt des Außenleiters und/oder des Innenleiters kann einen erhöhten Widerstand haben und einen Heizleiter, bevorzugt mit PTC-Charakteristik, ausbilden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Glühstift in die Hülse eingepresst ist. Der Glühstift kann beispielsweise auch durch Verlöten mit der Hülse verbunden werden. Das Einpressen ist jedoch mit vorteilhaft geringem Aufwand möglich und für eine lange Lebensdauer des Glühstifts förderlich. Der Glühstift kann insbesondere in eine erhitzte Hülse eingepresst werden, die beim Abkühlen auf den Glühstift aufschrumpft. Bevorzugt nimmt die Wandstärke der Hülse zu dem ersten Ende des Glühstifts hin ab, insbesondere in einem sich verjüngenden Bereich des Glühstifts.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich die Hülse zu dem ersten Ende des Glühstifts hin verengt und der Glühstift sich in der Hülse von dem ersten Ende aus gesehen verbreitert. Auf diese Weise kann der Glühstift im Falle eines Bruchs formschlüssig in der Hülse gehalten werden. Bevorzugt ist dabei, dass der Glühstift einen sich zu seinem ersten Ende hin verjüngenden Abschnitt aufweist, der von einem sich zu dem ersten Ende des Glühstifts hin verengenden Abschnitt der Hülse umschlossen ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Glühkerze mit den Schritten Aufstecken eines Kontaktelements auf einen sich verjüngenden Abschnitt eines keramischen Glühstifts, Aufstecken eines Anschlusses auf das Ende des sich verjüngenden Abschnitts des Glühstifts, Kontaktieren, vorzugsweise durch Löten, des Glühstifts mit einem sich verengenden Abschnitts des Kontaktelements, der den sich verjüngenden Abschnitt des Glühstifts umgibt, Aufschieben einer Hülse auf den Glühstift und Verbauen in einem Gehäuse.
Der Anschluss wird bevorzugt mit seinem Innenpolkopf auf den Glühstift aufgesteckt. Der Anschluss wird bevorzugt mit dem Glühstift verlötet. Als Alternative kann jedoch auch eine Pressverbindung verwendet werden. Die Hülse kann mit dem Glühstift verbunden werden, beispielsweise durch pressen oder aufschrumpfen.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Herstellung von Produkten mit einfachen Bauteilen ermöglicht wird. Die Bauteile können in mehreren Varianten – kurz oder lang, dünn oder dick – für die jeweiligen Belange der Kunden hergestellt werden können, jedoch ohne erhöhten logistischen Aufwand. Die Verwendung von möglichst einfachen Bauteilen, führt direkt zu kostengünstig herzustellenden Teilen. Durch die Verwendung von mehreren kleineren Bauteilen lassen sich Multifunktionalität und damit komplexe Wechselwirkungen in der Funktionalität vermeiden.
Exaktere Rundlaufeigenschaften der Bauteile, auch schon der Vormaterialien oder Herstellungsprozesse der Komponenten führen zu einem exakteren Rundlauf. Die erfindungsgemäße Kombination der einfacheren Bauteile mit exakterer Geometrie und beherrschbaren Montageprozessen, führt zu einem exakteren und preiswertem Werkstück hoher Haltbarkeit. Die Vereinfachung der Bauteile führt zur Reduzierung der Funktionsüberlagerungen im einzelnen Bauteil.
Es ist z. B. möglich in bestimmten Bereichen unterschiedliche Materialien einzusetzen. So kann zur Glühstiftspitze hin ein hochtemperaturfestes Material und im Bereich der Kontaktierung ein Material mit angepasstem Temperaturausdehnungskoeffizient und im Bereich der Zuleitung ein preiswerter Stahl eingesetzt werden. Diese Bauteile können leichter beschafft werden, die Rissneigung in der Keramik um die Lötstelle wird reduziert.
Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Reduzierung der Oberfläche und Vermeidung von gekapselten Hohlräumen an den Bauteilen, die gelötet werden. Es werden nur kurze Hülsen auf die Keramik gelötet. Diese können vom Argon leicht umströmt werden, das Lot wird von jeglichem Einfluss von Luft und Oxidationsprodukten von verdampfenden Verschmutzungen ferngehalten. Sichere dichte Lötungen sind die Folge. Eine Bearbeitung des Kontaktelements nach dem Löten verbessert die Montagefähigkeit der Bauteile und reduziert Rundlaufabweichungen am Produkt. Dabei kann die Geometrie des Kontaktrings so verändert werden, dass alle Verbindungsstellen für die Verbindungstechnik optimiert ausgeführt sind.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind dabei mit überstimmenden Bezugszeichen versehen. In den Zeichnungen zeigen
1 einen Schnitt durch eine keramische Druckmessglühkerze,
2 Heizer- bzw. Glühstiftvarianten,
3 Kontaktringvarianten,
4 Innenpolkopfvarianten,
5 Hülsenvarianten,
6 Verlängerungsvarianten,
7 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf,
8 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf,
9 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf,
10 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf,
11 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf,
12 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf,
13 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf,
14 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
15 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
16 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
17 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
18 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
19 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
20 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
21 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
22 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
23 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
24 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
25 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
26 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
27 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
28 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
29 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse
30 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
31 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
32 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
33 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
34 Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring und Innenpolkopf und Hülse,
35 Glühstift mit Kontaktring, Innenpolkopf, Hülse, Zuleiter und Glühstromanschluss,
36 Glühstift mit Kontaktring, Innenpolkopf, Hülse, Zuleiter und Glühstromanschluss,
37 Glühstift mit Kontaktring, Innenpolkopf, Hülse, Zuleiter, Glühstromanschluss und Verlängerung,
38 Glühstift mit Kontaktring, Innenpolkopf, Hülse, Zuleiter, Glühstromanschluss und Verlängerung,
39 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer keramische Glühkerze; und
40 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer keramische Glühkerze.
Tab. 1 stellt die verschiedenen Varianten in Kategorien dar.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze mit einem keramischen Glühstift I, der von einer Hülse V umgeben aus einem Gehäuse herausragt, das aus einem Gehäusekörperoberteil X und einem Gehäusekörperunterteil XII besteht. Der Glühstift I hat einen Innenleiter, einen Außenleiter und einen dazwischen liegenden Isolator. Der Glühstift verjüngt sich zu seinem in dem Gehäuse angeordneten Ende hin, bevorzugt konisch. Dieses Ende steckt zur elektrischen Kontaktierung des Glühstiftinnenleiters in einem an einen Zuleiter IV angeschlossenen Innenpolkontaktkopf III, mit dem der Glühstift I verlötet ist.
Der Außenleiter des Glühstifts wird über ein Kontaktelement II, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Ring ausgebildet ist, elektrisch kontaktiert. Der Kontaktring II ist mit dem Glühstift I verlötet und hat einen sich verengenden Abschnitt, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine konische Innenfläche hat, und einen Teilabschnitt (im folgenden Anschlusskegel) des sich konisch verjüngenden Glühstiftabschnitts umfasst.
Zwischen dem Kontaktelement II und dem Glühstift I befinden sich zwei Ringräume als Lotpuffer 7, 8 zur Aufnahme von überschüssigem Lot. Diese Ringräume sind jeweils teilweise mit Lot gefüllt und verengen sich ausgehend von einem Ende des Kontaktelements II in Richtung zu dem anderen Ende des Kontaktelements hin.
Der keramische Glühstift I aus 1 hat an dem einen Ende die Glühspitze 1 des keramischen Glühstiftes, die über den Zuleiter des keramischen Glühstiftes mit dem Anschlusskegel 3 des keramischen Glühstiftes verbunden ist, der insbesondere in 2a dargestellt ist. Der Anschlusskegel 3 des keramischen Glühstiftes teilt sich auf in einen Anschlusskegel bzw. Anschlusskegelabschnitt 4 für den Kontaktring II am keramischen Glühstift, Isolatorbereich 5 am Anschlusskegel des keramischen Glühstiftes und den Anschlusskegel bzw. Anschlusskegelabschnitt 6 für den Innenpolkopf III am keramischen Glühstift.
Der Anschlusskegel 4 für den Kontaktring II am keramischen Glühstift stellt den äußeren Kontakt dar, der Anschlusskegel 6 für den Innenpolkopf III am keramischen Glühstift den inneren Kontakt. Auf dem Anschlusskegel 4 für den Kontaktring II am keramischen Glühstift sitzt der Kontaktring II, auf dem Anschlusskegel 6 für den Innenpolkopf am keramischen Glühstift der Innenpolkopf III. In dem Innenpolkopf III steckt der Zuleiter IV, der mit diesem verbunden ist.
An den Kontaktring II wurden die Hülse V, die bevorzugt aus hochtemperaturfestem Metall wie beispielsweise Inconel besteht, und eine weitere Hülse als Verlängerung VI angeschweißt. Dabei werden Hülse V und Verlängerung VI zueinander positioniert und jeweils überlappend mit dem Kontaktring II angeordnet. Am Zuleiter IV hängt der Glühstromanschluss VII, der seinerseits mit dem Sensorelement mit Steckanschluss VIII, verbunden ist. Das Sensorelement VIII ist ein Drucksensor, so dass mit der Glühkerze der Druck im Brennraum eines Motors gemessen werden kann. Auf die Verlängerung VI ist ein Schwingungsdämpfer, nämlich der Dämpfungsring IX, montiert. Zur Positionierung des Dämpfungsrings IX hat die weitere Hülse VI einen Abschnitt 17 mit reduziertem Außendurchmesser.
Über dieses Gebilde (Heizstab) wurde das Körperoberteil X montiert und mit dem Sensorelement VIII verbunden. Ein Dichtungselement XI, beispielsweise ein Faltenbalg wird am Körperoberteil X und an Hülse V befestigt. Das Dichtungselement XI dichtet die beiden Teile gegeneinander ab und hält sie radial in Position. Das Körperunterteil XII wird am Körperoberteil X befestigt und schließt das ganze ab.
Der Glühstromanschluss VII weist ein Schweißloch 19 im Fügebereich 18 des Glühstromanschluss auf, in das die Schweißenergie auf die Oberfläche des Zuleiters IV gelenkt wird. So wird das Material des Glühstromanschluss VII sekundär durch die Schmelze des Zuleiters IV aufgeschmolzen und nicht verkocht.
In den Kegelbereich des Innenpolkopfes III wird ein Lotwickel aus die Keramik benetzendem Aktivlot in Position geschoben. In dieses Teilepaar wird der keramische Glühstift eingeführt und eingedrückt. Diese Kombination wird in eine exakt gefertigte Vorrichtung gestellt. Von oben führt und drückt eine Vorrichtung die beiden zu lötenden Bauteile zueinander in Position.
Die direkte Umgebung der Bauteile wird für den Lötvorgang hermetisch abgeschlossen, beispielsweise mittels einer über die Vorrichtung Glashülse gestülpten, wobei ein Greifer als Deckel dient. Von unten wird Argon in den Hohlraum strömen gelassen, das Argon entweicht mit hoher Geschwindigkeit durch kleine Öffnungen (1 mm Bohrung im Deckel, bzw. Labyrinth um die Greifer). Nach einer definierten Vorströmzeit wird der Innenpolkopf erhitzt, bis das Lot die beiden Bauteile benetzt hat. Um eine gleichmäßige Erwärmung des Keramikstifts zu erhalten, kann eine Heizhülse aus temperaturbeständigem Stahl, beispielsweise Inconel, um den Glühstift gestellt und mit erhitzt werden. Im nächsten Arbeitsgang wird mit dem entstandenen Bauteil und dem Kontaktring II vergleichbar verfahren. Auch hierzu wird ein passender Lot- Wickel in den Kontaktierungsring II positioniert, die Kombination zusammengedrückt, mit Argon umströmt, erhitzt und verlötet.
Der so kontaktierte Glühstift ist ein Mehrfachverwendungsteil. Er kann, geeignet mechanisch ergänzt als Glühzünder in Brennern, Flammglühkerzen und Standheizungen eingesetzt werden. Mit einer Schutzhülse für den Keramikstift gegen Verkokung und einer Innenpolverlängerung versehen kann er zu einer Keramikglühkerze für schnelllaufende selbstzündende Motoren ergänzt, oder mit Zuleiter IV und einer Verlängerung VI zu einem Heizstab für eine Druckmessglühkerze verbaut werden. Hierzu werden Hülse V und Verlängerung VI in eine Vorrichtung gespannt. Der kontaktierte Glühstift wird eingelegt, so dass er beim Positionieren von Hülse und Verlängerung dazwischen positioniert wird. Die Vorrichtung positioniert nun Hülse und Verlängerung achsengenau und drückt die Bauteile ineinander. So geführt werden die Bauteile unter Drehen mit dem Laser miteinander verschweißt. Der entstandene Heizstab ist gerade und wird wie bekannt mit Sensorelement mit Steckanschluss, Dämpfungsring, Körperoberteil, Faltenbalg und Körperunterteil z. B. zu einer CPSG montiert.
In 2 werden drei unterschiedliche Heizer- bzw. Glühstiftvarianten offenbart. Die Variante Ia ist im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet. Variante Ib weist eine angedrehte Spitze auf. In Variante Ic ist die Heizerspitze kegelig dargestellt.
3 stellt vier verschiedene Kontaktringvarianten IIa, IIb, IIc und IId dar. Die gezeigten Kontaktringe II haben jeweils einen sich verengenden Abschnitt, der bevorzugt konisch geformt ist. Auf einer oder an beiden Seiten des sich verenden Abschnitts kann ein zylindrisch geformter Abschnitt anschließen, beispielsweise um einen Ringraum als Lotpuffer zu schaffen.
In 4 werden vier Varianten von Innenpolköpfen IIIa, IIIb, IIIc, IIId und IIIe offenbart. Sieben verschiedene Hülsenformen Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf und Vg werden in 5 gezeigt. Verlängerungsvarianten VIa, Vib, Vic, Vid und Vie werden in 6 offenbart.
7 zeigt einen zylindrischen Glühstift I ohne Hülse mit Kontaktring IIb und aufgelötetem Innenpolkopf III. In 8 wird ein zylindrischer Glühstift ohne Hülse mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Kontaktrings IIc und Innenpolkopf III dargestellt. 9 zeigt einen zylindrischen Glühstift ohne Hülse mit Kontaktring IId und Innenpolkopf III und Lotpuffer am Schaft des Innenpolkopfes 10. In 10 wird eine Heizer- bzw. Glühstiftvariante mit Kontaktring II und Innenpolkopf III dargestellt, wobei der Glühstift eine im Durchmesser reduzierte Spitze mit sogenannter Andrehung aufweist. Weitere Varianten der 10 bis 34 werden in Tabelle 1 erläutert.
Beispiele einer Stumpfschweißung für Laserschweißen zur Befestigung der Hülse V sind in den 8, 9, 10, 14, 18, 22, 26, 29 und 32 dargestellt.
35 zeigt das Beispiel der 23 mit angeschlossenem Zuleiter in Form eines Stiftes sowie einem Glühstrohmanschluss hier mit Bohrung für Laserschweißung. 36 zeigt das Beispiel der 23, wobei der Zuleiter IV in Form eines Kabels ausgeführt ist, das an den als Hülse angeordneten Glühstromanschluss VII angeordnet ist.
37 zeigt das Beispiel aus 23 mit angeschlossenem Zuleiter in Form eines Kabels, wobei der Glühstromanschluss mit einem Bund ausgeführt ist, zur späteren Umspritzung im Sensorgehäuse und zur Verlängerung als einfachen Rohrabschnitt mit Anreduzierung/Einzug 17.
38 zeigt die Vorrichtung aus 37, jedoch mit einer Verlängerung als Rohrabschnitt mit Andrehung 17 und Bohrung zur Herstellung von Fügebereich 16. In 39 wird eine Glühkerze gezeigt, die die folgenden Elemente aufweist keramischer Glühstift I, Kontaktring II, Innenpolkopf III, Zuleiter IV, Hülse V, Glühstromanschluß VII sowie ein als Gehäuse ausgebildetes Körperoberteil X und ein Körperunterteil XII. Zwischen dem Gehäuse und der Hülse V ist eine faltenbalgartige Dichtung angeordnet. Am der Glühspitze I entgegen gesetzten Ende der Glühkerze ist ein für die Montage im Zylinderkopf vorgesehener Sechskant 20 angeordnet, mittels dem man die Glühkerze über das an seiner Mantelfläche angeordnete Gewinde 21 in den Zylinderkopf eindreht.
39 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze mit einem etwas einfacheren Aufbau. Während bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel das Kontaktelement II auf der einen Seite mit der Hülse V und auf der anderen Seite mit einer weiteren Hülse VI verbunden ist, fehlt bei dem Ausführungsbeispiel der 39 die weitere Hülse.
Ein weiterer Unterschied betrifft die Ausgestaltung des ersten Endes des Glühstifts I und der Hülse V. Der Glühstift ist an seinem ersten Ende gerundet und von dort bis zu dem sich verjüngenden Abschnitt am zweiten Ende zylindrisch ausgebildet. Die Hülse V liegt nur auf einem Teil ihrer Länge an dem Glühstift I an. Zwischen einem an das Kontaktelement II anschließenden Abschnitt der Hülse V und dem Glühstift ist ein Ringspalt.
Das Gehäuseteil X weist ein Außengewinde 21 und einen Sechskant 20 zum Einschrauben in einen Motor auf. Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, weshalb auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird.
40 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer keramischen Glühkerze in einem Längsschnitt. Der wesentliche Unterschied zu dem vorstehend anhand von 39 erläuterten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass ein einteiliges Gehäuse X verwendet wird. Die Hülse V ist in das Gehäuse X eingepresst. Möglich ist es auch, die Hülse V mit dem Gehäuse X zu verschweißen.
Das in 40 dargestellte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil eines vereinfachten Aufbaus. Allerdings ist die Hülse V gegenüber dem Gehäuse X praktisch nicht mehr beweglich, so dass diese Glühkerze nicht als Druckmessglühkerze verwendet werden kann. Bei dem in 39 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Glühstift zusammen mit der an ihm befestigten Hülse V dagegen in Abhängigkeit von dem Brennraumdruck mehr oder weniger weit gegen eine Rückstellkraft in das Gehäuse X hineingeschoben werden, so dass die Position des Glühstifts I relativ zu dem Gehäuse X eine Druckmessung ermöglicht.

I: Keramischer Glühstift
II: Kontaktring
III: Innenpolkopf
IV: Zuleiter
V: Hülse
VI: Verlängerung
VII: Glühstromanschluss
VIII: Sensorelement mit Steckanschluss
IX: Dämpfungsring
X: Körperoberteil
XI: Faltenbalg
XII: Körperunterteil
1: Glühspitze des Keramischen Glühstiftes
2: Zuleiter des Keramischen Glühstiftes
3: Anschlusskegel des Keramischen Glühstiftes
4: Anschlusskegel für Kontaktring am Keramischen Glühstift
5: Isolatorbereich am Anschlusskegel des Keramischen Glühstiftes
6: Anschlusskegel für Innenpolkopf am Keramischen Glühstift
7: Lotpuffer am Kegel des Kontaktringes
8: Lotpuffer am Schaft des Kontaktringes
9: Lotpuffer am Kegel des Innenpolkopfes
10: Lotpuffer am Schaft des Innenpolkopfes
11: Fügebohrung für Zuleiter am Innenpolkopf
12: Verengter Durchmesser an der Hülse
13: Verjüngte Wandstärke an der Hülse
14: Ursprungswandstärke der Hülse
15: Fügebereich an der Hülse zum Kontaktring
16: Fügeberieich an der Verlängerung zum Kontaktring
17: Führungsbereich für Dämpfungsring an der Verlängerung
18: Fügebereich am Glühstromanschluss
19: Schweissbohrung am Glühstromanschluss
20: Sechskant
21: Gewinde

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004055218 A1 [0001]
- EP 1239222 B1 [0001]
- JP 2002243150 A [0001]

Claims

Glühkerze mit einem Gehäuse (X, XII), einem keramischen Glühstift (I), der mit einem ersten Ende aus dem Gehäuse (X, XII) herausragt und mit einem zweiten Ende in dem Gehäuse (X, XII) angeordnet ist, einem Zuleiter (IV), der in dem Gehäuse (X, XII) angeordnet ist und zu dem Glühstift (I) führt, und einer Hülse (V), die einen aus dem Gehäuse (X, XII) herausragenden Abschnitt des Glühstifts (I) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (I) einen von dem Gehäuse (X, XII) umgebenen Abschnitt aufweist, der sich zu dem zweiten Ende hin verjüngt, der Glühstift (I) in dem Gehäuse (X, XII) von einem Kontaktelement (II) umfasst ist, das einen sich zu dem zweiten Ende des Glühstifts (I) hin verengenden Abschnitt (4) aufweist, mit dem es zumindest einen Teilabschnitt des sich verjüngenden Abschnitts des Glühstifts (I) umfasst.
Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (I) durch das Kontaktelement (II) hindurchragt.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (II) mit dem Glühstift verlötet ist.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kontaktelement (II) und dem Glühstift (I) wenigstens ein Ringraum als Lotpuffer (7, 8) zur Aufnahme von überschüssigem Lot ist.
Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der einen Lotpuffer (7, 8) bildende Ringraum teilweise mit Lot gefüllt ist und sich ausgehend von einem Ende des Kontaktelements (II) in Richtung zu dem anderen Ende des Kontaktelements verengt.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (II) an der Hülse (V) anliegt.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (II) und die Hülse (V) überlappend angeordnet sind.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleiter (IV) in dem Gehäuse (X; XII) von einer zweiten Hülse (VI) umgeben ist.
Glühkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (II) an der zweiten Hülse (VI) anliegt.
Glühkerze nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Hülse (VI) und dem Gehäuse (X, XII) ein Schwingungsdämpfer (IX) angeordnet ist.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (V) über ein Dichtungselement (XI) mit dem Gehäuse (X, XII) verbunden ist.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (V) und das Kontaktelement (II) aus unterschiedlichem Material, vorzugsweise aus unterschiedlichem Stahl, hergestellt sind.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (II) wenigste eine zylindrisch geformte Innenfläche aufweist, die an den sich verengenden Abschnitt (4) anschließt.
Glühkerze nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (I) in die Hülse (V) eingepresst ist.
Verfahren zur Herstellung einer Glühkerze, umfassend die nachfolgenden Schritte: • Aufstecken eines Kontaktelements (II) auf einen sich verjüngenden Abschnitt eines keramischen Glühstifts (I), • Aufstecken eines Anschlusses (III, VII) auf den Glühstift (I) • Kontaktieren des Glühstifts (I) mit einem sich verengenden Abschnitts des Kontaktelements (II), der den sich verjüngenden Abschnitt des Glühstifts umgibt, und • Aufschieben einer Hülse (V) auf den Glühstift (I) • Verbauen in einem Gehäuse (X).