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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze für einen selbstzündenden Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze gemäß Anspruch 10.
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Bei selbstzündenden Verbrennungsmotoren sind Glühstiftkerzen vorgesehen, um die einzelnen Brennräume des Verbrennungsmotors soweit zu erwärmen, dass ein in den Brennraum eingespritzter Kraftstoff unter der Verdichtung des sich nach oben bewegenden Kolbens sicher zündet. Dabei ist die Glühstiftkerze der schlagartigen Erhitzung im Brennraum und einer entsprechenden Druckwelle ausgesetzt. Ferner ist die Glühstiftkerze Vibrationen im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors ausgesetzt. Dabei muss unter allen Betriebszuständen sichergestellt sein, dass die Heizspirale der Glühstiftkerze bis auf die vorgesehenen Kontaktbereiche vom Gehäuse elektrisch isoliert ist, um einen elektrischen Kurzschluss bzw. eine Erwärmung der Glühstiftkerze an einer nicht definierten Stelle zu vermeiden. Ferner muss sichergestellt werden, dass eine elektrische Verbindung zwischen Anschlusskontakt und Heizspirale stabil und dauerhaft erhalten bleibt, aber flexibel genug ist, um durch die beschriebenen Vibrationen und Druckwellen nicht zerstört zu werden.
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Dazu wird die Heizspirale im Bereich des Glührohrs dadurch stabilisiert, dass in das Glührohr ein Isolationspulver eingefüllt und verdichtet wird, welches zum einen die Lage der Heizspirale stabilisiert, zum anderen einen sichere elektrische Isolation zwischen Heizspirale und Gehäuse erzeugt. Aus der
EP 1 471 307 ist eine Glühstiftkerze bekannt, bei der in einen von der Heizspirale gebildeten Hohlraum ein keramischer Kern eingesetzt wird, welcher elektrisch isoliert und eine thermische Leitfähig hat, welche niedriger ist als die thermische Leitfähigkeit des Isolationspulvers, welches in den Zwischenraum zwischen Heizspirale und Glührohrwand eingefüllt wird. Diese Lösung erhöht zwar die Leistungsausbeute einer Glühstiftkerze, da weniger Wärme im Inneren verloren geht, der harte keramische Kern hat jedoch Nachteile hinsichtlich der Dämpfung von Druckwellen und Vibrationen.
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Aus dem Stand der Technik sind ferner Glühstiftkerzen bekannt, bei denen eine einzige Wendel die Eigenschaften einer Heizwendel und einer Regelwendel vereint. Bei dem bekannten Aufbau einer solchen Glühstiftkerze werden die Heiz- und Regelwendel mit dem metallischen Glührohr verbunden, danach mit einem thermisch leitenden und elektrisch isolierenden Pulver aufgefüllt, abgedichet und durch ein sogenanntes Rundknetverfahren auf ein bestimmtes Maß verdichtet. Das Rundkneten erfolgt vor allem zum Verdichten des Pulvers innerhalb des Heizkörpers, um eine gute Wärmeleitung von der Heizwendel zur Außenoberfläche des Glührohrs zu gewährleisten.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Glühstiftkerze bereitzustellen, welche sich durch eine einfache Fertigung auszeichnet und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Innenraum der Heizwendel zumindest abschnittsweise einen Hohlraum ausbildet, wobei in den Hohlraum ein Pulverpressling eines elektrisch isolierenden Pulvers eingesetzt wird. Der Pulverpressling bietet gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Pulver im Hohlraum zwischen der Heizwendel nicht im Nachgang durch ein zeit- und kostenintensives Verfahren verdichtet werden muss, bei dem zudem die Gefahr besteht, dass der Draht der Heizwendel während der Verdichtung des Pulvers verformt oder gar beschädigt wird. Beim Einsatz hochduktiler Werkstoffe für die Heizwendel kann der Drahtdurchmesser bei aus dem Stand der Technik bekannten Glühstiftkerzen zunehmen und der ursprünglich runde Draht dann oval werden. Als Folge der Drahtverformung sind kurzgeschlossene Windungen der Heizwendel, Kurzschluss zwischen Glührohr und Heizwendel, sowie eine unerwünschte Abnahme des elektrischen Widerstandes vom Draht der Glühwendel bekannt. Dies wird durch die vorgeschlagene Konstruktion verhindert. Ferner ist der Pulverpressling gegenüber einem festen Keramikkörper deutlich flexibler, und kann notfalls durch den Draht der Heizwendel wieder in Pulver zerteilt werden. Dadurch wird die Verformung der Heizwendel deutlich reduziert und die Lebensdauer der Glühstiftkerze erheblich verbessert.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Glühstiftkerze möglich.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Hohlraum zwischen der Heizwendel und der Pulverpressling zylindrisch ausgebildet sind. Obwohl auch andere Formen, insbesondere 6eckige, 8eckige oder ovale Konturen des Pulverpresslings möglich sind, so ist eine zylindrische Form, sowie eine zylindrische Wickelung des Drahtes der Heizwendel, besonders einfach zu fertigen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Pulverpressling eine Außenkontur, insbesondere einen Außendurchmesser aufweist, welcher kleiner oder gleich einer Innenkontur der Heizwendel ist. Der Pulverpressling sollte sich leicht in den Hohlraum zwischen der Heizwendel einsetzen lassen und beim Einsetzen keine Verformung oder Beschädigung der Heizwendel mit sich ziehen. Da ist eine Spielpassung, bzw. eine Übergangspassung, bei der beide Teile gleich groß sind, vorteilhaft, da sich dadurch ein einfaches und weitestgehend kraftfreies Einsetzen des Pulverpresslings realisieren lässt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Pulverpressling die gleiche Länge wie der durch die Heizwendel gebildete Hohlraum aufweist. Dadurch wird die Heizwendel über die komplette Länge des Hohlraums gestützt und stabilisiert, so dass die Heizspirale durch den Pulverpressling in ihrer Flexibilität reduziert ist und beim Einfüllen und Verdichten des Isolationspulvers weniger Verformungen erleidet.
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Alternativ ist vorgesehen, dass der Pulverpressling mehrteilig ausgebildet ist und dabei eine Mehrzahl von Pulvertabletten umfasst. Diese Pulvertabletten können anstelle eines einteiligen Pulverpresslings in den Hohlraum eingesetzt werden. Alternativ können zwischen zwei Pulvertabletten auch dünne Isolationskörper angeordnet sein, welche die Stabilität zwischen den Pulverpresslingen erhöhen, bzw. als Führung für die einzelnen Pulvertabletten ausgebildet sind. Mehrere Pulvertabletten haben zudem den Vorteil, dass sie sich ab einer gewissen Länge leichter herstellen lassen, da die benötigten Kräfte zum Pressen eines einteiligen Pulverpresslings mit der Länge des Pulverpresslings steigen.
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Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Pulverpressling und das Isolationspulver aus dem gleichen Grundmaterial bestehen. Wenn der Pulverpressling und das Isolationspulver aus dem gleichen Material bestehen, dann ist die Gefahr von Verwechslungen der Stoffe im Produktionsprozess ausgeschlossen. Darüber hinaus führt eine solche Lösung zu dauerhaft gleichen thermisch und elektrischen Leitfähigkeiten, selbst wenn der Pulverpressling über die Lebenszeit der Glühstiftkerze beschädigt werden sollte und sich mit dem Isolationspulver vermischt.
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Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Pulverpressling eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als das Isolationspulver aufweist. Dadurch wird der Wärmetransport von der Heizwendel zum Glührohr begünstigt, was zu einem schnelleren Aufheizen der Glühstiftkerze und einem insgesamt geringeren Stromverbrauch führt.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Pulverpressling und das Isolationspulver aus verschiedenen Grundwerkstoffen bestehen. Durch verschiedene Ausgangsstoffe mit unterschiedlicher thermischer Leitfähigkeit lässt sich einfach ein Glühstiftkerze realisieren, bei der der Wärmetransport von der Heizwendel zu Glührohr begünstigt ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Pulverpressling und das Isolationspulver unterschiedliche Partikelgrößen beim Grundwerkstoff aufweisen. Dabei ist besonders bevorzugt, wenn der Pulverpressling aus einem grobkörnigeren Grundmaterial als das Isolationspulver besteht.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Heizwendel an ihrem dem geschlossenen Ende des Glührohrs zugewandten Ende einen reduzierten Durchmesser aufweist, so dass eine Stirnfläche des Pulverpresslings auf diesem reduzierten Durchmesser aufliegen kann, derart, dass der reduzierte Durchmesser einen axialen Anschlag für den Pulverpressling darstellt. Alternativ kann der Pulverpressling auch durch den reduzierten Durchmesser an der Mantelfläche eingeklemmt werden, ein axialer Anschlag ist jedoch materialschonender.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleich Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
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1 den Aufbau einer Glühstiftkerze gemäß Stand der Technik
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1a den Aufbau eines brennraumseitigen Abschnitts einer Glühstiftkerze mit Monowendel gemäß Stand der Technik.
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2 einen erfindungsgemäßen Pulverpressling zum Einsetzen in einen von der Heizwendel gebildeten Hohlraum
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Glühstiftkerze 10 gemäß dem Stand der Technik. Die Glühstiftkerze 10 weist einen Gehäuse 20, in dem ein Anschlusskontakt 22 angeordnet ist. Die Glühstiftkerze 10 weist ein Glührohr 30 auf. In dem Glührohr 30 sind eine Regelwendel 3 und mit der Regelwendel 3 verbundene Heizwendel 32 angeordnet. Alternativ können die Heizwendel 32 und die Regelwendel 3 auch als eine einzige Wendel, eine sogenannte Monowendel ausgeführt sein. Die Heizwendel 32 ist mit einem geschlossenen Ende 31 des Glührohrs 30 verbunden, wobei das geschlossene Ende 31 dem Gehäuse 20 abgewandt ist. In das Glührohr 30 ist ein Isolationspulver 39 eingefüllt, welches elektrisch isolierend, aber thermisch leitend ist. Zwischen einem dem Gehäuse 20 zugewandten Ende des Glührohrs 30 und dem Anschlusskontakt 22 ist eine Heizkörperdichtung 6 angeordnet, welche eine elektrische Isolation zwischen Anschlussbolzen 22 und dem Glührohr 30 bildet. Der Anschlussbolzen 22 ist dabei als Pluskontakt ausgebildet, während das mit dem Gehäuse 20 elektrisch leitend verbundene Glührohr 30 einen Minuskontakt der Glühstiftkerze 10 ausbildet. Zur elektrischen Kontaktierung der Glühstiftkerze 10 sind an einem dem Glührohr 30 abgewandten Ende des Gehäuses zwischen Gehäuse 20 und Anschlusskontakt 22 eine Gehäusedichtung 8 und eine Isolationsscheibe 9 vorgesehen, sowie ein Rundstecker 5, über welchen der Anschlusskontakt 22 elektrisch angesteuert werden kann. Dabei stellt die Isolationsscheibe 9 eine elektrische Isolation zwischen Rundstecker 5 und Gehäuse 20 dar.
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In 1a ist der brennraumseitige Abschnitt einer ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Glühstiftkerze 10 mit einer sogenannten Monowendel 132 dargestellt. Die Monowendel 132 verbindet dabei funktional die Aufgaben der Heizwendel 32 und der Regelwendel 3 in einem einzigen Bauteil. Die Monowendel 132 ist an ihrem dem geschlossenen Ende 31 des Glührohrs 30 zugewandten Endabschnitt mit dem Glührohr 30 verbunden, und mit ihrem dem geschlossenen Ende 31 abgewandten Endbereich mit dem Anschlusskontakt 22 verbunden. In den folgenden Ausführungen und Ansprüchen soll der Begriff der Heizwendel 32 so verstanden werden, dass bei einer Glühstiftkerze, die eine Monowendel 132 aufweist, diese ebenfalls unter den Begriff Heizwendel 32 fällt.
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Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 10 wird wie in 2 dargestellt zunächst aus einem thermisch leitenden, aber elektrisch isolierenden Material ein Pulverpressling 35 hergestellt. Der Pulverpressling 35 wird in einen von der Heizwendel 32 und ggf. von der Regelwendel 3 gebildeten Hohlraum 34 eingesetzt. Dabei entsprechen die Länge 43 und der Außendurchmesser 42 des Pulverpresslings 35 in etwa der Länge bzw. dem Innendurchmesser 33 des Hohlraums 34. Die Innenkontur 37 der Heizwendel 32 bildet dabei eine Begrenzung des Hohlraums 34. Der Pulverpressling 35 stützt sich dabei mit seiner Stirnfläche 44 an einem reduzierten Durchmesser an einem dem geschlossenen Ende 31 des Glührohrs 30 zugewandten Ende 48 ab, welches einen axialen Anschlag 49 für den Pulverpressling 35 bildet. Danach wird das Glührohr 30 mit Isolationspulver 39 gefüllt und in einem weiteren Fertigungsschritt verdichtet. Anschließend wird die Heizwendel 32 entweder direkt oder mittels der Regelwendel 3 mit dem Anschlusskontakt 22 verbunden. Dieser Herstellungsprozess reduziert die Belastung für den Draht der Heizwendel 32 beim Verdichten des Isolationspulvers 39 und führt somit dazu, dass die Glühstiftkerze 10 eine höhere Lebensdauer hat. Ferner wird durch den Pulverpressling 35 eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit im Inneren der Heizwendel 32 erzielt, da diese Stelle bei einer konventionellen Verdichtung von Isolationspulver 39 nicht so leicht zugänglich ist und ein Verdichten durch den Draht der Heizwendel 32 erschwert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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