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Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Glühkerze ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 017 110 B3 bekannt.
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Glühkerzen mit Sensoren, beispielsweise Drucksensoren, können wichtige Informationen über Verbrennungsparameter, insbesondere den Brennraumdruck, liefern. Die Sensoren von Glühkerzen sind schwierigen Betriebsbedingungen ausgesetzt, die Messungen durch Störeinflüsse erschweren. Zudem ist der in einem Glühkerzengehäuse zur Verfügung stehende Raum eng begrenzt. Die Konstruktion einer Glühkerze mit einem Sensor, der aussagekräftige Messungen über Verbrennungsparameter wie den Brennraumdruck oder andere für ein Glühkerzen- oder Motorsteuergerät bedeutsame Parameter ermöglicht, ist deshalb aufwendig und mit Schwierigkeiten verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie die Konstruktion einer Glühkerze, deren Sensor aussagekräftige Messungen über Verbrennungsparameter wie den Brennraumdruck oder andere für ein Glühkerzen- oder Motorsteuergerät bedeutsame Parameter ermöglicht, verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Glühkerze mit den im Anspruch 1 abgegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze umgibt die Versorgungsleitung einen Innenraum, in dem eine an den Sensor angeschlossene Signalleitung angeordnet ist. Der Abstand zwischen Gehäuse und Versorgungsleitung kann deshalb bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze gegenüber herkömmlichen Glühkerzen, bei denen die Versorgungsleitung als ein Stab ausgebildet ist, reduziert werden. Dies hat zur Folge, dass von der Zuleitung erzeugte ohmsche Wärme besser an das Gehäuse der Glühkerze abgeführt werden kann. Es kann deshalb die thermische Belastung des Sensors reduziert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die verbesserte Wärmeabfuhr eine Verkleinerung der Querschnittsfläche der Versorgungsleitung erlaubt, da eine größere Verlustwärme in Kauf genommen werden kann. Durch eine kleinere Querschnittsfläche der Versorgungsleitung wird in dem Gehäuse der Glühkerze wertvoller Bauraum gewonnen, der beispielsweise für Sensoren, Leitungen oder Schaltungselemente genutzt werden kann.
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Zudem ist bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze der von der Versorgungsleitung umgebene Innenraum durch die Zuleitung von elektrischen Wechselfeldern abgeschirmt. Die Auswirkungen von elektromagnetischen Störeinflüssen auf die in diesem Innenraum verlaufende Signalleitung des Sensors sind deshalb vorteilhaft reduziert. Bevorzugt umgibt die Versorgungsleitung mehrer Leitungen, die an den Sensor angeschlossen sind.
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Bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze kann der Sensor von der Versorgungsleitung umgeben sein. Auf diese Weise lässt sich der Sensor besonders gut von Störsignalen abschirmen. Eine Verbesserung des Signal-Rausch Verhältnisses lässt sich aber schon dann erreichen, wenn der Sensor nicht von der Versorgungsleitung umgeben ist und lediglich die Signalleitung des Sensors von der Versorgungsleitung umgeben ist.
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Der Sensor einer erfindungsgemäßen Glühkerze ist bevorzugt ein Drucksensor. Anstelle eine Drucksensors oder zusätzlich zu einem Drucksensor kann die Glühkerze auch einen oder mehrere andere Sensoren, beispielsweise einen Temperatursensor, aufweisen.
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Die Signalleitung kann beispielsweise aus Draht sein. Möglich ist es aber auch, die Signalleitung und gegebenenfalls weitere Leitungen, die zu dem Sensor führen, als eine leitfähige Schicht oder Leiterbahn auf einem Isolator, beispielsweise einer Kunststofffolie, anzuordnen. Der Isolator kann beispielsweise als eine Beschichtung auf der Innenseite der Versorgungsleitung vorgesehen sein.
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Die Versorgungsleitung kann beispielsweise als ein Rohr ausgebildet sein. Um eine Abschirmung der Signalleitung von elektromagnetischen Störeinflüssen zu erreichen, kann die Versorgungsleitung aber beispielsweise auch als ein Schlauch aus Metallgewebe ausgebildet sein. Möglich ist es auch, die Versorgungsleitung als eine Beschichtung an der Innenseite des Gehäuses auszubilden, beispielsweise als eine aufgerollte Folie.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Versorgungsleitung und/oder das Gehäuse durch eine Isolationsschicht elektrisch von einander isoliert sind. Bevorzugt ist die Isolationsschicht als eine Beschichtung der Versorgungsleitung und/oder des Gehäuses ausgebildet. Auf diese Weise kann eine gute thermische Ankopplung der Versorgungsleitung an das Gehäuse erreicht werden, so dass die Versorgungsleitung durch das Gehäuse gut gekühlt werden kann. Die Isolationsschicht ist bevorzugt aus Kunststoff.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Glühkerze mit einem Glühstift, einem Gehäuse, aus dem der Glühstift herausragt, einem Anschlusselement zum Anlegen einer Versorgungsspannung an den Glühstift, und einer in dem Gehäuse verlaufenden Versorgungsleitung, die das Anschlusselement elektrisch mit dem Glühstift verbindet, wobei die Versorgungsleitung als ein Rohr ausgebildet ist, das sich in dem Gehäuse über den größten Teil von dessen Länge erstreckt. In dem Rohr, das die Versorgungsleitung bildet, kann eine Signalleitung eines Sensors angeordnet sein, jedoch können die vorstehend beschriebenen Vorteile einer verbesserten Wärmeankopplung der Versorgungsleitung an das Gehäuse auch bei einer Glühkerze ohne Sensor genutzt werden. Bevorzugt hat das Rohr in dem Gehäuse eine Länge, die mindestens drei Viertel der Gehäuselänge beträgt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze;
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2 eine teilweise geschnittene Ansicht zu 1;
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3 ein Ausführungsbeispiel der Versorgungsleitung;
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Versorgungsleitung;
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glühkerze; und
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glühkerze.
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Die in 1 dargestellte Glühkerze hat ein Gehäuse 1, aus dessen vorderem Ende ein Glühstift 2 herausragt. Die Glühkerze kann eine Keramikglühkerze sein, also einen keramischer Glühstift 2 aufweisen, oder eine Stahlglühkerze sein und beispielsweise eine metallische Wendel aufweisen, die in einer Metallhülse angeordnet ist. Am hinteren Ende der Glühkerze ist ein Potentialanschluss 3, über den der Glühstift 2 an eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Der Masseanschluss erfolgt über das Gehäuse 1.
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2 zeigt in einer teilweise geschnittenen Ansicht den vorderen Teil der in 1 dargestellten Glühkerze. In dem Gehäuse 1 verläuft eine Versorgungsleitung 4, über die der Glühstift 2 elektrisch mit dem Anschlusselement 3 verbunden ist. Die Versorgungsleitung 4 ist an einem Ende an einen Anschlusskontakt 5 des Glühstifts 2 angeschlossen und an ihrem anderen Ende mit dem Anschlusselement 3 verbunden. Ein weiterer elektrischer Anschlusskontakt des Glühstifts 2 ist elektrisch leitend mit dem Gehäuse 1 verbunden.
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Die Versorgungsleitung 4 ist als ein Rohr ausgebildet. Zwischen der Versorgungsleitung 4 und dem Gehäuse 1 ist eine Isolationsschicht 6 angeordnet. Die Isolationsschicht 6 kann beispielsweise als eine Beschichtung der Innenseite des Gehäuses 1 ausgebildet sein. Die Versorgungsleitung 4 liegt an dieser Beschichtung an und ist deshalb thermisch gut an das Gehäuse 1 angekoppelt. Ohmsche Verlustwärme, die in der Versorgungsleitung 4 entsteht, kann deshalb effizient an das Gehäuse 1 abgegeben werden.
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Die als Rohr ausgebildete Versorgungsleitung 4 umgibt einen Innenraum. In diesem Innenraum verläuft eine Signalleitung 7, die zu einem Drucksensor 8 führt. Die Signalleitung 7 ist deshalb durch die Versorgungsleitung 4 von elektromagnetischen Störeinflüssen abgeschirmt. Zusätzlich zu der in 2 dargestellten Signalleitung 7 können in dem von der Versorgungsleitung 4 umgebenen Innenraum weitere Leitungen angeordnet sein, insbesondere eine zweite zu dem Sensor 8 führende Leitung.
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Die Signalleitung 7 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Draht, kann in der Versorgungsleitung 4 aber beispielsweise auch als eine leitfähige Schicht ausgebildet sein. Beispielsweise kann auf der Innenseite der Versorgungsleitung 4 eine Isolationsschicht, beispielsweise aus Kunststoff, liegen, welche eine leitfähige Schicht trägt. Insbesondere kann die Signalleitung auf einer aufgerollten Folie angeordnet sein, die in der Versorgungsleitung 4 sitzt.
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Um eine Messung des Brennraumdrucks zu ermöglichen, ist der Glühstift 2 bei der dargestellten Glühkerze verschiebbar in dem Gehäuse 1 angeordnet. Bei einer Erhöhung des Brennraumdrucks wird der Glühstift 2 gegen eine Rückstellkraft etwas in das Gehäuse 1 hineingeschoben. Bei sinkendem Brennraumdruck wird der Glühstift 2 von der Rückstellkraft wieder aus dem Gehäuse 2 herausgedrückt. Diese Bewegungen des Glühstifts 2 können mit dem Drucksensor 8 erfasst werden, der außerhalb von der Versorgungsleitung 4 angeordnet ist. Alternativ kann auch ein Drucksensor verwendet werden, der in dem von der Versorgungsleitung 4 umgebenen Raum angeordnet ist, beispielsweise ein piezo-elektrischer Drucksensor.
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Der Innenraum des Gehäuses 1 kann gegenüber dem Brennraum durch eine Membran 9 abgedichtet sein. Die Membran kann direkt mit dem Glühstift 2 verbunden sein, beispielsweise durch Verlöten, oder an einer Schutzhülse befestigt sein, die den Glühstift umgibt. Beispielsweise kann der Glühstift 2 in eine Schutzhülse eingepresst sein, die mit der Membran verlötet oder verschweißt ist. Die Membran 9 kann sowohl eine Abdichtung des Gehäuses 1 bewirken als auch eine Rückstellkraft erzeugen, wenn der Glühstift 2 in Längsrichtung des Gehäuses 1 verschoben wird.
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Der Glühstift 2 kann an der Versorgungsleitung 4 beispielsweise durch Löten, Schweißen, Vercrimpen oder Einpressen befestigt sein. Bei einer Verschiebung des Glühstifts 2 kommt es zu einer mechanischen Belastung der Versorgungsleitung 4. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann diese Belastung aufgenommen werden, indem sich die Versorgungsleitung 4 in Längsrichtung federn komprimiert. Die Versorgungsleitung 4 hat deshalb einen gewellten Abschnitt 4a, ist also ein Wellrohr. Der gewellte Abschnitt 4a kann sich auf einen Teil der Länge der Versorgungsleitung 4 beschränken. Möglich ist es aber auch, dass die Versorgungsleitung 4 auf ihrer gesamten Länge gewellt ist.
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Eine federnde Beweglichkeit der Versorgungsleitung 4 in ihrer Längsrichtung kann auch dadurch erreicht werden, dass das Rohr quer zu seiner Längsrichtung verlaufende Einschnitte aufweist. Bevorzugt verlaufen die Einschnitte senkrecht zu seiner Längsrichtung. Entsprechende Ausführungsbeispiele einer als Rohr ausgebildeten Versorgungsleitung 4 sind in den 3 und 4 dargestellt. Die Einschnitte 4b sind in unterschiedlichen Richtungen in das Rohr eingeschnitten. Bei dem in 3 dargstellten Ausführungsbeispiel weist die Versorgungsleitung 4 Paare von Einschnitten 4b auf, die sich gegenüber liegen und in entgegen gesetzten Richtungen weisen. Dabei können zwei Arten von Paaren vorgesehen sein, die unterschiedlich orientiert, beispielsweise um 90° unterschiedlich orientiert sind.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in die Versorgungsleitung Einschnitte 4b von gegenüber liegenden Seiten in das Rohr eingeschnitten. Die Einschnitte sind versetzt zueinander angeordnet und haben jeweils eine Tiefe, die mehr als die Hälfte des Durchmessers des Rohrdurchmessers beträgt.
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In 5 ist ein Beispiel einer Glühkerze dargestellt, die keinen Drucksensor enthält. Eine Beweglichkeit des Glühstifts 2 relativ zu dem Gehäuse 1 ist bei derartigen Glühkerzen nicht erforderlich. Der Glühstift 2 kann deshalb starr mit dem Gehäuse 1 verbunden sein, beispielsweise indem der Glühstift 2 in das Gehäuse 1 eingepresst ist oder mit dem Gehäuse 1 verlötet oder verschweißt ist. Der Glühstift 2 kann ein keramischer Glühstift oder ein metallischer Glühstift sein. Wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel von 2 erläutert, kann der Glühstift 2 in einer Schutzhülse gehalten sein, die in dem Gehäuse 1 steckt.
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Die Versorgungsleitung 4, über welche der Glühstift 2 elektrisch mit dem Kontaktelement 3 verbunden ist, ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Rohr ausgebildet. Eine federnde Beweglichkeit der Versorgungsleitung 4 in ihrer Längsrichtung ist bei diesem Ausführungsbeispiel weniger bedeutsam. Auf Einschnitte 4b oder gewellte Abschnitte 4a zur Erhöhung der Beweglichkeit kann deshalb verzichtet werden. Die Versorgungsleitung 4 ist ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel von 2 durch eine Isolationsschicht 6 elektrisch gegenüber dem Gehäuse 1 isoliert. Die Isolationssicht 6 liegt sowohl an dem Gehäuse 1 als auch an der Versorgungsleitung 4 an. So wird eine gute thermische Ankopplung erreicht.
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Die Isolationsschicht 6 kann aus keramischem Material sein oder, was bevorzugt ist aus Kunststoff, beispielsweise Kapton. Indem die Versorgungsleitung 4 als ein Rohr ausgebildet ist, das sich in dem Gehäuse 1 über den größten Teil von dessen Länge erstreckt, kann Verlustwärme der Versorgungsleitung 4 gut an das Gehäuse 1 abgeleitet werden. Insbesondere durch eine Isolationsschicht 6 aus Kunststoff, kann eine elektrische Isolation mit einer guten thermischen Ankopplung verbunden werden.
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Ohmische Verlustwärme kann über die Versorgungsleitung 4 umso besser an das Gehäuse 1 abgegeben werden, je länger die als Rohr ausgebildete Versorgungsleitung 4 ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Versorgungsleitung 4 in dem Gehäuse 1 deshalb über den größten Teil von dessen Länge. Bevorzugt erstreckt sich die Versorgungsleitung 4 über wenigstens ¾ der Länge des Gehäuses 1. Insbesondere kann die Versorgungsleitung 4 direkt an einem Anschlusskontakt 5 des Glühstifts 2 und/oder direkt an einem Anschlusskontakt des Potentialanschlusses 3 befestigt sein. Aus fertigungstechnischen Gründen kann es aber auch vorteilhaft sein, dass die Versorgungsleitung 4 an einem oder an beiden Enden an einem Verbindungselement befestigt ist, das eine Verbindung zu dem Glühstift 2 bzw. dem Potentialanschluss 3 herstellt. Die Länge eines solchen Verbindungselements sollte dann klein relativ zu der Länge der als Rohr ausgebildeten Versorgungsleitung 4 sein, beispielsweise weniger als ¼, insbesondere wenigstens 1/5, bevorzugt weniger als 1/10 der Länge der Versorgungsleitung 4 betragen.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glühkerze. Ebenso wie beim Ausführungsbeispiel von 2 ist die Versorgungsleitung 4 als ein Rohr ausgebildet, das einen gewellten Abschnitt 4a, also einen als Wellrohr ausgebildeten Abschnitt aufweist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 2 wurde auf eine Isolationsschicht 6, die das Innere des Gehäuses 1, dort wo es die elektrische Versorgungsleitung 4 umgibt, elektrisch von der Versorgungsleitung 4 isoliert, verzichtet. Eine elektrische Isolation wird bei dem Ausführungsbeispiel der 6 durch einen ausreichenden Abstand zwischen Versorgungsleitung 4 und Gehäusewand 1 erreicht. Dieser Abstand kann mit Vergussmasse, Keramikpulver oder anderen Isolationsmaterial gefüllt sein. Eine Isolation kann aber auch ohne derartiges Isolationsmaterial einfach durch einen ausreichend großen Abstand erzielt werden.
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Ein weiterer Unterschied des in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels von dem Ausführungsbeispiel der 2 liegt in der Ausbildung des Drucksensors 8, der beispielsweise als ein piezoelektrischer Sensor ausgebildet sein kann, gegen den der Glühstift 2 gedrückt wird. Andere Möglichkeiten zur Ausbildung eines Drucksensors 8 ist beispielsweise eine an dem Glühstift befestigte Membrane 8, die bei einer axialen Verschiebung des Glühstifts 2 verformt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Glühstift
- 3
- Potentialanschluss
- 4
- Versorgungsleitung
- 4a
- gewellter Abschnitt
- 4b
- Einschnitte
- 5
- Anschlusskontakt
- 6
- Isolationsschicht
- 7
- Signalleitung
- 8
- Drucksensor
- 9
- Membran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008017110 B3 [0001]
