DE102015201874A1

DE102015201874A1 - Glühkerze

Info

Publication number: DE102015201874A1
Application number: DE102015201874.1A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Okada
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-09-03
Also published as: JP2015152222A; JP6279925B2

Abstract

Ziel Erhöhen der Heiztemperatur einer Glühkerze, bei gleichzeitigem Sicherstellen von deren Schnellerwärmungseigenschaften. Lösung Eine Glühkerze verfügt über ein röhrenförmiges Element, das sich von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite der Glühkerze erstreckt und auf der vorderen Endseite einen geschlossenen Teil aufweist; und eine spiralförmige wärmeerzeugende Spule, die in dem röhrenförmigen Element angeordnet ist und sich von der vorderen Endseite zu der hinteren Endseite erstreckt, und das bei Anlegen von Strom Wärme erzeugt. Die wärmeerzeugende Spule hat einen Teil mit zunehmendem Durchmesser, der im Außendurchmesser von der hinteren Endseite in Richtung des geschlossenen Teils zunimmt, und der an den geschlossenen Teil anschließt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze.
Stand der Technik
Zu den im Stand der Technik bekannten Glühkerzen zählen Glühkerzen mit Mantel einschließlich eines Mantelheizers (siehe zum Beispiel die Patentdokumente 1 und 2). Der Mantelheizer einer solchen Glühkerze weist ein Mantelrohr und eine wärmeerzeugende Spule auf. Das Mantelrohr (d. h. ein röhrenförmiges Element) hat ein geschlossenes vorderes Ende und die wärmeerzeugende Spule (d. h. ein wärmeerzeugendes Element) ist in dem Mantelrohr angeordnet. In Patentdokument 3 ist eine Glühkerze mit einem Mantelrohr und einer darin angeordneten wärmeerzeugenden Spule beschrieben, wobei der Außendurchmesser der wärmeerzeugenden Spule in Richtung des vorderen Endes des Mantelrohrs abnimmt, um die Schnellerwärmungseigenschaften und die Haltbarkeit zu verbessern.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

[Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldung (Offenlegungsschrift, Kokai) Nr. 2005-61828
[Patentdokument 2] Japanische Patentanmeldung (Offenlegungsschrift, Kokai) Nr. 2006-125776
[Patentdokument 3] Japanische Patentanmeldung (Offenlegungsschrift, Kokai) Nr. 2007-263495

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
In den letzten Jahren wurde von Glühkerzen zunehmend die Eigenschaft gefordert, eine ausreichend hohe Temperatur an dem vorderen Ende des Mantelrohres zu erzeugen, um die Schnellerwärmungseigenschaften sicherzustellen und die Heiztemperatur zu erhöhen. Allerdings werfen die in den Patentdokumenten 1 bis 3 offengelegten Glühkerzen jeweils das Problem auf, dass aufgrund einer ungeeigneten Anordnung der wärmeerzeugenden Spule am vorderen Ende des Mantelrohres keine ausreichende Menge an Wärme an dem vorderen Ende des Mantelrohres erzeugt werden kann. Im Speziellen nimmt der Außendurchmesser der in Patentdokument 3 beschriebenen wärmeerzeugenden Spule in Richtung des vorderen Endes des Mantelrohres ab, so dass folglich der Widerstand pro Wicklung der wärmeerzeugenden Spule reduziert wird. Bei der Glühkerze besteht somit das Problem, dass am vorderen Ende des Mantelrohres keine ausreichende Menge an Wärme erzeugt wird.
Technische Lösung
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Lösung der oben beschriebenen Aufgaben entwickelt und kann auf folgende Weise ausgeführt werden.

(1) Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht eine Glühkerze vor, die ein röhrenförmiges Element umfasst, das sich von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite der Glühkerze erstreckt und auf der vorderen Endseite einen geschlossenen Teil aufweist; und eine spiralförmige wärmeerzeugende Spule, die in dem röhrenförmigen Element angeordnet ist und sich von der vorderen Endseite zu der hinteren Endseite erstreckt, und das bei Anlegen von Strom Wärme erzeugt. Die wärmeerzeugende Spule in der Glühkerze hat einen Teil mit zunehmendem Durchmesser, der im Außendurchmesser von der hinteren Endseite in Richtung des geschlossenen Teils zunimmt, und der an den geschlossenen Teil anschließt. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Widerstand pro Wicklungswindung (nachfolgend einfach „Wicklung”) der wärmeerzeugenden Spule an dem Teil mit zunehmendem Durchmesser erhöht werden kann, kann auch die Menge der an dem vorderen Ende des röhrenförmigen Elements erzeugten Wärme erhöht werden. Somit kann die Heiztemperatur erhöht werden, während gleichzeitig die Schnellerwärmungseigenschaft sichergestellt wird.
(2) Bei der oben genannten Glühkerze hat die wärmeerzeugende Spule an dem Teil mit zunehmendem Durchmesser einen maximalen Widerstandswert pro Wicklung. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die an dem vorderen Ende des röhrenförmigen Elements erzeugte Wärmemenge weiter erhöht werden.
(3) Bei der oben genannten Glühkerze kann ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,45 erfüllt werden, wobei Rx einen maximalen Widerstandswert pro Wicklung an dem Teil mit zunehmendem Durchmesser darstellt und Rn einen minimalen Widerstandswert pro Wicklung an einem Teil der wärmeerzeugenden Spule darstellt, wobei sich dieser Teil von dem Teil mit zunehmendem Durchmesser unterscheidet und sich hinter dem Teil mit zunehmendem Durchmesser befindet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Heiztemperatur in ausreichendem Maße erhöht werden, während gleichzeitig die Schnellerwärmungseigenschaft sichergestellt wird.
(4) Bei der oben genannten Glühkerze können der maximale Wert Rx und der minimale Wert Rn ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,60 erfüllen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Heiztemperatur weiter erhöht werden, während gleichzeitig die Schnellerwärmungseigenschaft sichergestellt wird.
(5) Bei der oben genannten Glühkerze kann ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,45 erfüllt werden, wobei Rx einen maximalen Widerstandswert pro Wicklung an dem Teil mit zunehmendem Durchmesser darstellt und Rn einen minimalen Widerstandswert pro Wicklung an einem Teil der wärmeerzeugenden Spule darstellt, wobei dieser Teil in einem Abstand von 6 mm oder mehr von der vorderen Endfläche des röhrenförmigen Elements in Richtung der hinteren Endseite angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Heiztemperatur in ausreichendem Maße erhöht werden, während gleichzeitig die Schnellerwärmungseigenschaft sichergestellt wird.
(6) Bei der oben genannten Glühkerze können der maximale Wert Rx und der minimale Wert Rn ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,60 erfüllen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Heiztemperatur weiter erhöht werden, während gleichzeitig die Schnellerwärmungseigenschaft sichergestellt wird.

Die vorliegende Erfindung kann auch in verschiedenen anderen Formen als einer Glühkerze ausgeführt werden. So kann die vorliegende Erfindung beispielsweise in einem Verbrennungsmotor implementiert sein, der die oben genannte Glühkerze aufweist, in einer wärmeerzeugenden Vorrichtung, die das oben genannte röhrenförmige Element und die wärmeerzeugende Spule aufweist, und in einem Herstellungsverfahren für die zuvor genannte Glühkerze.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[1] Beispielhafte Darstellung einer Konfiguration einer Glühkerze.
[2] Beispielhafte detaillierte Darstellung einer Konfiguration eines Mantelheizers der Glühkerze.
[3] Tabelle der Evaluationsergebnisse der Heizeigenschaften und Hochtemperatureigenschaften einer Glühkerze.
[4] Tabelle der Messergebnisse des Widerstands pro Wicklung einer wärmeerzeugenden Spule eines Probestücks.
[5] Tabelle der Messergebnisse des Widerstands pro Wicklung einer wärmeerzeugenden Spule eines Probestücks.
[6] Beispielhafte Darstellung der Messung des Widerstands einer wärmeerzeugenden Spule eines Probestücks.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
A. Ausführungsbeispiel
A1. Konfiguration der Glühkerze
1 ist eine beispielhafte Darstellung der Konfiguration einer Glühkerze 10. 1 zeigt das äußere Erscheinungsbild einer Glühkerze 10 auf der rechte Seite bezüglich einer Mittelachse SC der Glühkerze 10, und den Schnitt der Glühkerze 10 auf der linken Seite. In der Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die untere Seite der Glühkerze 10 auf dem Papier, auf dem 1 abgebildet ist, als die „vordere Seite” bezeichnet, und die obere Seite auf dem Papier wird als die „hintere Seite” bezeichnet.
Die Glühkerze 10 dient als Wärmequelle zur Unterstützung der Zündung beim Anlassen von Verbrennungskraftmaschinen (nicht darstellt) mit einem Dieselmotor. Die Glühkerze 10 weist eine mittlere Stange 200 auf, einen Metallmantel 500 und einen Mantelheizer 800. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel deckt sich die Mittelachse SC der Glühkerze 10 mit den Mittelachsen der mittleren Stange 20, des Metallmantels 500 und des Mantelheizers 800.
Die mittlere Stange 200 der Glühkerze 10 ist ein elektrisch leitendes Element, das in dem Metallmantel 500 angeordnet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die mittlere Stange 200 ein rundes säulenförmiges elektrisch leitendes Element, das aus Metall besteht und dessen Mittelachse sich mit der Mittelachse SC deckt. Die mittlere Stange 200 leitet Strom zu dem Mantelheizer 800 weiter.
Die mittlere Stange 200 weist einen vorderen Endteil 210 und einen hinteren Endteil 290 auf. Der vordere Endteil 210 der mittleren Stange 200 ist im Anschluss an das vordere Ende des Metallmantels 500 in den Mantelheizer 800 eingesetzt. Der hintere Endteil 290 der mittleren Stange 200 steht von dem hinteren Ende des Metallmantels 500 vor. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der hintere Endteil 290 ein Außengewinde. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der hintere Endteil 290 mit einer Verankerung 460 (d. h. einem ringförmigen Element aus einem isolierenden Gummi), einer isolierenden Buchse 410 (d. h. einem röhrenförmigen Element aus einem isolierenden Kunstharz), einem Ring 300 (einem metallischen röhrenförmigen Element), und einer Metallmutter 100 montiert, die von der vorderen Endseite aufeinander folgend angeordnet sind.
Der Metallmantel 500 der Glühkerze 10 ist ein zylindrisches elektrisch leitendes Element, das aus Metall besteht und dessen Mittelachse sich mit der Mittelachse SC deckt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Metallmantel 500 aus einem vernickelten kohlenstoffarmen Stahl. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Metallmantel 500 aus einem verzinkten kohlenstoffarmen Stahl oder aus einem nicht beschichteten kohlenstoffarmen Stahl bestehen.
Der Metallmantel 500 weist eine axiale Bohrung 510 auf, einen Werkzeugeingriffsteil 520 und einen Gewindeteil 540. Die axiale Bohrung 510 des Metallmantels 500 ist eine Durchgangsbohrung, deren Mittelachse sich mit der Mittelachse SC deckt. Der Mantelheizer 800 wird in einen vorderen Endteil der axialen Bohrung 510 pressgepasst und dadurch mit dem Metallmantel 500 verbunden. Der Innendurchmesser der axialen Bohrung 510 ist größer als der Außendurchmesser der mittleren Stange 200. Die mittlere Stange 200 wird in der axialen Bohrung 510 gehalten. Zwischen der mittleren Stange 200 und der Wand der axialen Bohrung 510 besteht ein Luftspalt. Der Werkzeugeingriffsteil 520 des Metallmantels 500 hat eine solche perimetrische Form (z. B. eine sechseckige Form), dass er mit einem Werkzeug (nicht dargestellt) in Eingriff gebracht werden kann, das zum Befestigen oder Lösen der Glühkerze 10 verwendet wird. Der Gewindeteil 540 des Metallmantels 500 weist ein Außengewinde auf, so dass er mit einem Gegenstück eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) verschraubt werden kann.
Der Mantelheizer 800 der Glühkerze 10 ist eine wärmeerzeugende Vorrichtung. Der Mantelheizer 800 verfügt über ein Mantelrohr 810, eine wärmeerzeugende Spule 920, eine Regelwendel 840 und ein isolierendes Pulver 870.
2 zeigt die Konfiguration des Mantelheizers 800 der Glühkerze 10 im Detail. Insbesondere ist in 2 ein halber Querschnitt des Mantelheizers 800 einschließlich der Mittelachse SC dargestellt.
Das Mantelrohr (röhrenförmige Element) 810 des Mantelheizers 800 erstreckt sich zwischen der vorderen Endseite und der hinteren Endseite. Das Mantelrohr 810 weist am vorderen Ende einen geschlossenen Teil 811 auf. Die wärmeerzeugende Spule 820 ist an die Innenwand des geschlossenen Teils 811 geschweißt. Die mittlere Stange 200 ist mithilfe einer Packung 600 (d. h. einem röhrenförmigen Element aus einem isolierenden Gummi) in einen hinteren Endteil des Mantelrohres 810 eingesetzt. Die Außenwand des hinteren Endteils des Mantelrohrs 810 steht mit der Innenwand des Metallmantels 500 in Kontakt, welche die axiale Bohrung 510 definiert.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Mantelrohr 810 aus einer nickelbasierten Legierung (INCONEL (eingetragenes Warenzeichen) 601). In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Mantelrohr 810 aus rostfreiem Stahl gebildet sein (z. B. SUS 310S).
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Mantelrohr 810 einen Außendurchmesser von etwa 3,5 mm. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Mantelrohr 810 eine Seitenwandstärke von etwa 0,5 mm. Außerdem hat in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der geschlossene Teil 811 des Mantelrohrs 810 eine Wandstärke von etwa 1,0 mm.
Die wärmeerzeugende Spule 820 des Mantelheizers 800 erzeugt beim Anlegen von Strom Wärme. Die wärmeerzeugende Spule 820 ist in dem Mantelrohr 810 angeordnet. Die wärmeerzeugende Spule 820 hat ein vorderes Ende und ein hinteres Ende und erstreckt sich spiralförmig. Das vordere Ende der wärmeerzeugenden Spule 820 ist an die Innenwand des geschlossenen Teils 811 des Mantelrohrs 810 geschweißt. Das hintere Ende der wärmeerzeugenden Spule 820 ist an die Regelwendel 840 geschweißt. Zwischen der wärmeerzeugenden Spule 820 und der Regelwendel 840 ist ein Schweißteil 830 ausgebildet. Der Schweißteil 830 wird durch Schweißen zwischen der wärmeerzeugenden Spule 820 und der Regelwendel 840 und durch anschließendes Erstarren ausgebildet.
Die wärmeerzeugende Spule 820 hat einen Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser und einen Teil 827 mit konstantem Durchmesser. Der Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser der wärmeerzeugenden Spule 820 befindet sich vorne an dem Teil 827 mit konstantem Durchmesser und schließt an den geschlossenen Teil 811 an. Der Außendurchmesser des Teils 822 mit zunehmendem Durchmesser nimmt von der hinteren Endseite in Richtung des geschlossenen Teils 811 zu. Der Teil 827 mit konstantem Durchmesser der wärmeerzeugenden Spule 820 befindet sich hinter dem Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser und schließt an die Regelwendel 840 an. Der Teil 827 mit konstantem Durchmesser weist einen zwischen seinem vorderen und hinteren Ende im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser auf.
2 zeigt die imaginären Linien OL, die imaginären Linien RL und eine imaginäre Linie DL zum leichteren Vergleich zwischen dem Außendurchmesser des Teils 822 mit zunehmendem Durchmesser und dem des Teils 827 mit konstantem Durchmesser. Die imaginären Linien OL stellen jeweils die äußere Form des Teils 822 mit zunehmendem Durchmesser und des Teils 827 mit konstantem Durchmesser dar. Die imaginären Linien RL verbinden jeweils die Positionen der Mitte des Drahtes des Teils 827 mit konstantem Durchmesser auf derselben Ebene wie die imaginäre Linie OL. Die imaginäre Linie DL entspricht der Grenze zwischen dem Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser und dem Teil 827 mit konstantem Durchmesser. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand L1 zwischen dem vorderen Ende des geschlossenen Teils 811 und der imaginären Linie DL in der Richtung der Mittelachse SC etwa 6 mm. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Abstand L1 kürzer oder länger als 6 mm sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht der Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser vier Wicklungen (einer ersten Wicklung W1 bis zu einer vierten Wicklung W4 vom vorderen Ende) der wärmeerzeugenden Spule 820, und der Teil 827 mit konstantem Durchmesser entspricht fünf Wicklungen (einer fünften Wicklung W5 bis zu einer neunten Wicklung W9 vom vorderen Ende) der wärmeerzeugenden Spule 820. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Wicklungen des Teils 822 mit zunehmendem Durchmesser auch kleiner oder größer als vier sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Wicklungen des Teils 827 mit konstantem Durchmesser kleiner oder größer als fünf sein.
Die wärmeerzeugende Spule 820 hat an dem Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser einen maximalen Widerstandswert pro Wicklung. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die erste Wicklung W1 der wärmeerzeugenden Spule 820 den maximalen Widerstand auf. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine beliebige Wicklung aus der zweiten Wicklung (W2) und den nachfolgenden Wicklungen der wärmeerzeugenden Spule 820 den maximalen Widerstand aufweisen.
Um die Schnellerwärmungseigenschaft sicherzustellen und die Heiztemperatur ausreichend zu erhöhen, wird vorzugsweise ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,45 erfüllt, wobei Rx einen maximalen Widerstandswert pro Wicklung an dem Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser darstellt und Rn einen minimalen Widerstandswert pro Wicklung an einem Teil (dem Teil 827 mit konstantem Durchmesser) der wärmeerzeugenden Spule 820 darstellt, der sich von dem Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser unterscheidet und sich relativ betrachtet hinter dem Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser befindet. Mit anderen Worten wird vorzugsweise ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,45 erfüllt, wobei Rx einen maximalen Widerstandswert pro Wicklung an dem Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser darstellt und Rn einen minimalen Widerstandswert pro Wicklung an einem Teil der wärmeerzeugenden Spule 820 darstellt, der in einem Abstand von 6 mm oder mehr von der vorderen Endfläche des Mantelrohrs 810 in der Richtung der Mittelachse SC in Richtung des hinteren Endes des Mantelrohres 810 angeordnet ist. Das Widerstandsverhältnis (Rx – Rn)/Rn beträgt vorzugsweise 0,49 oder mehr, besser 0,50 oder mehr und am besten 0,60 oder mehr. Nachfolgend wird die Evaluation des Widerstandsverhältnisses (Rx – Rn)/Rn beschrieben.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die wärmeerzeugende Spule 820 aus einer Legierung, die Eisen (Fe) als Hauptbestandteil enthält. Die in der wärmeerzeugenden Spule 820 enthaltene Menge an Eisen (Fe) ist größer als die jedes anderen darin enthaltenen Bestandteils (der Fe-Gehalt der wärmeerzeugenden Spule 820 beträgt vorzugsweise 65 Massenprozent oder mehr). Die wärmeerzeugende Spule 920 kann mindestens eines aus Chrom (Cr) oder Aluminium (Al) oder eine andere Komponente als Chrom (Cr) oder Aluminium (Al) enthalten. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die wärmeerzeugende Spule 820 aus einer Nickel-(Ni)Chrom-(Cr)Legierung bestehen.
Die Regelwendel 840 des Mantelheizers 800 ist mit der wärmeerzeugenden Spule 820 in dem Mantelrohr 810 in Reihe geschaltet und regelt die Erwärmung der wärmeerzeugenden Spule 820. Das vordere Ende der Regelwendel 840 ist an die wärmeerzeugende Spule 820 geschweißt. Das hintere Ende der Regelwendel 840 ist an den vorderen Endteil 210 der mittleren Stange 200 geschweißt.
Die Regelwendel 840 besteht aus einem Material mit einem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands, der größer als der des Materials der wärmeerzeugenden Spule 820 ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Regelwendel 840 aus reinem Nickel (Ni). Die Regelwendel 840 kann auch aus einer Kobalt-(Co)Eisen-(Fe)Legierung oder einer Kobalt-(Co)Nickel-(Ni)Legierung bestehen.
Das isolierende Pulver 870 des Mantelheizers 800 hat eine elektrisch isolierende Eigenschaft. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält das isolierende Pulver 870 hauptsächlich Magnesiumoxid (MgO). Das isolierende Pulver 870 wird in das Mantelrohr 810 gefüllt, um die Freiräume zwischen der mittleren Stange 200, dem Mantelrohr 810, der wärmeerzeugenden Spule 820 und der Regelwendel 840 zu füllen und für elektrische Isolierung zu sorgen.
A2. Evaluation der Glühkerze
3 ist eine Tabelle der Evaluationsergebnisse der Heizeigenschaften und Hochtemperatureigenschaften von Glühkerzen 10. Ein Prüfer bereitete die Probestücke S1 bis S8 (Glühkerzen 10) für die Evaluation vor. Folgende Materialien weisen alle Probestücke S1 bis S8 auf.

• Material des Mantelrohrs 810: Nickellegierung (INCONEL 601)
• Material der wärmeerzeugenden Spule 820: Eisen-(Fe)Chrom-(Cr)Aluminium-(Al)Legierung
• Material der Regelwendel 840: reines Nickel (Ni)

Die Probestücke S1 bis S8 unterscheiden sich hinsichtlich des Außendurchmessers des Teils 822 mit zunehmendem Durchmesser der wärmeerzeugenden Spule 820 voneinander. Hinsichtlich der Form des Mantelrohrs 810 und der Regelwendel 840, des Außendurchmessers des Teils 827 mit konstantem Durchmesser der wärmeerzeugenden Spule 820 und des Drahtdurchmessers der jeweiligen Teile der wärmeerzeugenden Spule 820 sind die Probestücke S1 bis S8 identisch.
Zur Evaluation der Heizeigenschaften und der Hochtemperatureigenschaften der jeweiligen Probestücke führte der Prüfer einen Test durch, bei dem Strom an die Probestücke angelegt wurde (die Ergebnisse sind in 3 dargestellt). Bei dieser Prüfung mit angelegtem Strom brachte der Prüfer PR-Thermoelemente an der Oberfläche des Mantelrohrs 810 der einzelnen Probestücke in Intervallen von 1 mm vom vorderen Ende an. Anschließend legte der Prüfer eine Spannung von 11 V an das Probestück mit den PR-Thermoelementen an und maß die Temperaturänderung an verschiedenen Teilen des Mantelrohrs 810.
Der Prüfer evaluierte die Heizeigenschaften der einzelnen Probestücke nach folgenden Kriterien:

A (hervorragend): Beginn des Heizens in einem Abstand von 1 mm oder weniger zu dem vorderen Ende des Mantelrohrs 810;
B (gut): Beginn des Heizens in einem Abstand von 1 mm und 2 mm oder weniger zu dem vorderen Ende des Mantelrohrs 810;
C (befriedigend): Beginn des Heizens in einem Abstand von 2 mm und 3 mm oder weniger zu dem vorderen Ende des Mantelrohrs 810; und
F (ungenügend): Beginn des Heizens in einem Abstand von mehr als 3 mm zu dem vorderen Ende des Mantelrohrs 810.

Der Prüfer evaluierte die Hochtemperatureigenschaften der einzelnen Probestücke nach folgenden Kriterien:

A (hervorragend): eine Temperatur von 1.080°C oder höher wurde zwei Sekunden nach Anlegen einer Spannung von 11 V erzielt;
B (gut): eine Temperatur von 1.050°C oder höher, aber niedriger als 1.080°C, wurde zwei Sekunden nach Anlegen einer Spannung von 11 V erzielt;
C (befriedigend): eine Temperatur von 950°C oder höher, aber niedriger als 1.050°C, wurde zwei Sekunden nach Anlegen einer Spannung von 11 V erzielt; und
F (ungenügend): eine Temperatur von weniger als 950°C wurde zwei Sekunden nach Anlegen einer Spannung von 11 V erzielt.

Nach Abschluss der Prüfung mit angelegtem Strom maß der Prüfer die Widerstände der Wicklungen der wärmeerzeugenden Spule 820 der einzelnen Probestücke. 4 ist eine Tabelle der Messergebnisse des Widerstands pro Wicklung einer wärmeerzeugenden Spule 820 von Probestück S5. 5 ist eine Tabelle der Messergebnisse des Widerstands pro Wicklung einer wärmeerzeugenden Spule 820 von Probestück S8.
6 zeigt die Messung des Widerstands der wärmeerzeugenden Spulen 820 der einzelnen Probestücke. Zur Messung des Widerstands der wärmeerzeugenden Spule 820 wurde ein vorderer Endteil des Mantelrohrs 810 entlang der Mittelachse SC halb entfernt, so dass die wärmeerzeugende Spule 820 von dem Mantelrohr 810 freigelegt wurde. Anschließend maß der Prüfer den Widerstand zwischen einem Messpunkt M0 des geschlossenen Teils 811 des Mantelrohrs 810 und einem Messpunkt M1 an der ersten Wicklung W1 der wärmeerzeugenden Spule 820. Der so gemessene Widerstand wurde als Widerstand der ersten Wicklung W1 der wärmeerzeugenden Spule 820 betrachtet. Anschließend maß der Prüfer den Widerstand zwischen dem Messpunkt M0 und einem Messpunkt M2 an der zweiten Wicklung W2 der wärmeerzeugenden Spule 820 auf dieselbe Weise, wie oben beschrieben. Der durch Subtrahieren des Widerstands der ersten Wicklung W1 von dem so gemessenen Widerstand erhaltene Wert wurde als der Widerstand der zweiten Wicklung W2 der wärmeerzeugenden Spule 820 betrachtet. Dann maß der Prüfer die Widerstände der dritten Wicklung W3 und der weiteren Wicklungen der wärmeerzeugenden Spule 820 auf dieselbe Weise, wie im Falle des Widerstands der zweiten Wicklung W2.
Der Prüfer bestimmte das Widerstandsverhältnis (Rx – Rn)/Rn auf der Basis der oben gemessenen Widerstände der jeweiligen Wicklungen der wärmeerzeugenden Spule 820. Wie in 4 und 5 dargestellt war im Fall der Probestücke S5 und S8 der maximale Wert Rx des Widerstands pro Wicklung des Teils 822 mit zunehmenden Durchmesser der Widerstand der ersten Wicklung W1 der wärmeerzeugenden Spule 820, und der minimale Wert Rn des Widerstands pro Wicklung des Teils 827 des Teils mit konstantem Durchmesser war der Widerstand der fünften Wicklung W5 der wärmeerzeugenden Spule 820. Im Fall der Probestücke S5 und S8 befand sich die fünfte Wicklung W5 der wärmeerzeugenden Spule 820 6 mm oder mehr entfernt von der vorderen Endfläche des Mantelrohrs 810.
Wie aus den Evaluationsergebnissen aus 3 hervorgeht, beträgt das Widerstandsverhältnis (Rx – Rn)/Rn hinsichtlich der Sicherung der Schnellheizeigenschaften und eines ausreichenden Anstiegs der Heiztemperatur vorzugsweise 0,45 oder mehr, besser 0,49 oder mehr, noch besser 0,50 oder mehr und am besten 0,60 oder mehr.
A3. Auswirkungen
Da bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Widerstand des Teils 822 mit zunehmendem Durchmesser der wärmeerzeugenden Spule 820 (die aus Wicklungen besteht) in Richtung des geschlossenen Teils 811 zunimmt, kann die Menge der an dem vorderen Ende des Mantelrohrs 810 erzeugten Wärme erhöht werden. Somit kann die Heiztemperatur erhöht werden, während gleichzeitig die Schnellerwärmungseigenschaft sichergestellt wird. Da die wärmeerzeugende Spule 820 einen Maximalwert des Widerstands pro Wicklung an dem Teil 822 mit zunehmendem Durchmesser aufweist, kann die an dem vorderen Ende des Mantelrohrs 810 erzeugte Wärme weiter erhöht werden. Wenn außerdem das Widerstandsverhältnis (Rx – Rn)/Rn 0,45 oder mehr beträgt, kann die Heiztemperatur ausreichend erhöht werden, während gleichzeitig die Schnellerwärmungseigenschaften gewahrt werden.
Weitere Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel und die Modifikationen beschränkt, sondern kann auf andere Arten ausgeführt werden, ohne dabei vom Geist der Erfindung abzuweichen. Um das oben erwähnte Problem oder die Einschränkung teilweise oder ganz zu lösen, können die oben genannten Effekte, technische Merkmale des Ausführungsbeispiels und Modifikationen entsprechend den technischen Merkmalen des im Abschnitt „Zusammenfassung der Erfindung” beschriebenen Ausführungsbeispiels nach Bedarf ausgetauscht oder kombiniert werden. Außerdem kann/können ein technisches Merkmal/technische Merkmale nach Bedarf eliminiert werden, sofern das technische Merkmal/die technischen Merkmale in der vorliegenden Beschreibung nicht als unentbehrlich gekennzeichnet wurde(n).
Bezugszeichenliste

10: Glühkerze
100: Mutter
200: mittlere Stange
210: vorderer Endteil
290: hinterer Endteil
300: Ring
410: isolierende Buchse
460: O-Ring
500: Metallmantel
510: axiale Bohrung
520: Werkzeugeingriffsteil
540: Gewindeteil
600: Packung
800: Mantelheizer
810: Mantelrohr
811: geschlossener Teil
820: wärmeerzeugende Spule
822: Teil mit zunehmendem Durchmesser
827: Teil mit konstantem Durchmesser
830: Schweißteil
840: Regelwendel
870: isolierendes Pulver

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2005-61828 [0003]
JP 2006-125776 [0003]
JP 2007-263495 [0003]

Claims

Glühkerze (10), umfassend: ein röhrenförmiges Element (810), das sich von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite der Glühkerze (10) erstreckt und auf der vorderen Endseite einen geschlossenen Teil (811) aufweist; und eine spiralförmige wärmeerzeugende Spule (820), die in dem röhrenförmigen Element (810) angeordnet ist und sich von der vorderen Endseite und der hinteren Endseite erstreckt, und die durch Anlegen von Strom Wärme erzeugt, wobei die Glühkerze (10) dadurch gekennzeichnet ist, dass die wärmeerzeugende Spule (820) einen Teil (822) mit zunehmendem Durchmesser aufweist, der im Außendurchmesser von der hinteren Endseite in Richtung des geschlossenen Teils (811) zunimmt, und der an den geschlossenen Teil (811) anschließt.
Glühkerze (10) nach Anspruch 1, wobei die wärmeerzeugende Spule (820) einen maximalen Widerstand pro Wicklung an dem Teil (822) mit zunehmendem Durchmesser aufweist.
Glühkerze (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,45 erfüllt ist, wobei Rx einen maximalen Widerstandswert pro Wicklung an dem Teil (822) mit zunehmendem Durchmesser darstellt und Rn einen minimalen Widerstandswert pro Wicklung an einem Teil (827) der wärmeerzeugenden Spule (820) darstellt, wobei sich dieser Teil (827) von dem Teil (822) mit zunehmendem Durchmesser unterscheidet und sich hinter dem Teil (822) mit zunehmendem Durchmesser befindet.
Glühkerze (10) nach Anspruch 3, wobei der maximale Wert Rx und der minimale Wert Rn ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,60 erfüllen.
Glühkerze (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,45 erfüllt ist, wobei Rx einen maximalen Widerstandswert pro Wicklung an dem Teil (822) mit zunehmendem Durchmesser darstellt und Rn einen minimalen Widerstandswert pro Wicklung an einem Teil der wärmeerzeugenden Spule (820) darstellt, wobei dieser Teil in einem Abstand von 6 mm oder mehr von der vorderen Endfläche des röhrenförmigen Elements (810) in Richtung der hinteren Endseite angeordnet ist.
Glühkerze (10) nach Anspruch 5, wobei der maximale Wert Rx und der minimale Wert Rn ein Verhältnis von (Rx – Rn)/Rn ≥ 0,60 erfüllen.