DE102018217271A1

DE102018217271A1 - Keramikheizung für eine Glühkerze und Glühkerze

Info

Publication number: DE102018217271A1
Application number: DE102018217271.4A
Authority: DE
Inventors: Kan Cho; Yasuo Toyoshima; Andreas Reissner
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Bosch Corp
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Bosch Corp
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2019-05-16
Also published as: JP2019090567A

Abstract

[Aufgabe]Erzielen einer hohen Temperaturwechselbeständigkeit und langen Lebensdauer.[Mittel zur Lösung der Aufgabenstellung]Ausstattung mit einer elektrisch leitfähigen Keramik (11) und einer die elektrisch leitfähige Keramik (11) umgebenden isolierenden Keramik (16), wobei diese mit dem vorgenannten zylinderförmigen ersten Leiterabschnitt (12), sowie deren Spitze mit der Spitze des vorgenannten zylinderförmigen ersten Leiterabschnitts (12) verbunden ist und es weiterhin innerhalb des vorgenannten ersten Leiterabschnitts (12) ein sich in Achsrichtung x erstreckendes zweites Leiterelement (15) gibt.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Keramikheizung für eine Glühkerze sowie eine mit einer derartigen Keramikheizung ausgestattete Glühkerze, die als Starthilfe in Verbrennungsmotoren wie Dieselmotoren oder dergleichen verwendet werden.
[Stand der Technik]
Keramische Glühkerzen sind als Starthilfe in Dieselmotoren verwendete Glühkerzen bekannt. Derartige keramische Glühkerzen sind mit einer Keramikheizung sowie einem Mantel ausgestattet, der zumindest die Spitze der davon umschlossenen Keramikheizung freiliegen lässt. Eine solche Keramikheizung hat einen in der Spitze der Heizung angeordnetes Heizelement und eine an den Hinterteil des betreffenden Heizelements angeschlossene Leitung mit einem geringeren spezifischen Widerstand als dem des Heizelements, wobei dieses Heizelement und die Leitung von einem Keramikisolator umgeben sind (siehe zum Beispiel die Patentschrift 1).
[Dokumente zum Stand der Technik]
[Patentschriften]
[Patentschrift 1]
Japanische Offenlegungsschrift 2002-334768
[Überblick über die Erfindung]
[Von der Erfindung zu lösende Probleme]
4 zeigt eine Keramikheizung einer herkömmlichen keramische Glühkerze, als Querschnitt senkrecht zur Mittelachsrichtung durch das Heizelement umfassenden Abschnitt (siehe Patentschrift 1, 8 (d)). Bei vielen herkömmlichen Keramikheizungen 100 wie sie in der Patentschrift 1 aufgeführt sind, ist der Querschnitt durch das Heizelement 200 oval, so dass bei Betrachtung des Querschnitts der Keramikheizung 100 an bestimmten Punkten ein Teil dieses Heizelements 200 innerhalb der die Mittelachse der Keramikheizung 100 herum umschließenden isolierenden Keramik 300 angeordnet ist.
Indem das Heizelement 200 innerhalb der isolierenden Keramik angeordnet wird, entstehen zum Beispiel auf dem Außenumfang der Keramikheizung 100 zwischen einem Punkt P1 nahe an dem Heizelement 200 sowie einem vom Heizelement 200 entfernten Punkt P2 große Temperaturunterschiede.
Während der Startphase von Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Kaltstart, kommt in die Brennkammer eingedrungenes Wasser mit die Oberfläche der Keramikheizung 100 in Berührung, so dass sich die Oberfläche der Keramikheizung 100 plötzlich abkühlt und dadurch die Keramikheizung 100 Temperaturschocks aussetzt wird. Wenn es zum Beispiel zwischen den Punkten P1 und P2 an der Keramikheizung 100 zu Temperaturunterschieden kommt, führt eine schnelle Abkühlung der Oberfläche an den Punkten P1 und P2 jeweils zu unterschiedlicher Wärmeausdehnung und gleichzeitig in einem umfangreichen Bereich stark unterschiedlichen Wärmespannungen in der Nähe der Oberfläche der Keramikheizung 100. Daher wird gefordert, den Einfluss dieser Wärmespannungen (die auf Oberfläche der Keramikheizung 100 wirkende Zugspannung) zu reduzieren.
Daher hat die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Probleme die Aufgabe, eine Keramikheizung und keramische Glühkerze anzubieten, die durch eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und lange Lebensdauer gekennzeichnet ist.
[Mittel zur Lösung der Aufgabenstellung]
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, ist die Keramikheizung entsprechend der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer elektrisch leitfähigen Keramik und einer die elektrisch leitfähige Keramik umgebenden isolierenden Keramik ausgestattet ist, wobei die vorgenannte elektrisch leitfähige Keramik mit dem vorgenannten zylinderförmigen ersten Leiterabschnitt, sowie deren Spitze mit der Spitze des vorgenannten zylinderförmigen ersten Leiterabschnitts verbunden ist und weiterhin innerhalb des vorgenannten ersten Leiterabschnitts ein sich in Achsrichtung erstreckendes zweites Leiterelement vorgesehen ist.
Ferner, die Außenfläche der vorgenannten elektrisch leitfähigen Keramik kann sich auch entlang der vorgenannten isolierenden Keramik erstrecken.
Außerdem kann das vorgenannte erste Leiterelement auch ein an der Spitze des zylinderförmigen Heizelements angeschlossenes zweites Leiterelement, sowie eine am hinteren Ende des vorgenannten Heizelements angeschlossene Leitung haben.
Ferner kann das zweite Leiterelement an dessen hinteren Ende ein auf dem gesamten Umfang von der isolierenden Keramik entblößten freiliegenden Abschnitt aufweisen.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, ist die keramischen Glühkerze entsprechend der vorliegenden Erfindung weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Keramikheizung mit elektrisch leitfähiger Keramik und die vorgenannte elektrisch leitfähige Keramik umschließende isolierende Keramik hat und mit einem die Keramikheizung teilweise aufnehmenden Mantel ausgestattet ist, bei dem zumindest deren Spitze freiliegt und wobei diese mit dem vorgenannten zylinderförmigen ersten Leiterabschnitt, sowie deren Spitze mit der Spitze des vorgenannten zylinderförmigen ersten Leiterabschnitts verbunden ist und es weiterhin innerhalb des vorgenannten ersten Leiterabschnitts ein sich in Achsrichtung erstreckendes zweites Leiterelement gibt.
Ferner kann das erste Leiterelement an dessen hinteren Ende ein auf dem gesamten Umfang von der isolierenden Keramik freiliegenden Abschnitt aufweisen, wobei das vorgenannte freiliegende Abschnitt und der vorgenannte Mantel auf dessen Innenseite elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
[Wirkungen der Erfindung]
Mit der vorliegenden Erfindung kann die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert und eine hohe Lebensdauer erzielt werden.
Figurenliste

[1] Längsschnitt in Achsrichtung durch diese Ausführungsform einer Glühkerze.
[2] Querschnitt durch diese Ausführungsform einer Glühkerze entlang der in 1 gezeigten Linie II-II.
[3] Querschnitt durch diese Ausführungsform einer Glühkerze entlang der in 1 gezeigten Linie III-III.
[4] Senkrechter, das Heizelement einschließender Querschnitt in Achsrichtung durch eine Keramikheizung einer herkömmlichen keramischen Glühkerze.

[Ausführungsformen der Erfindung]
Im Folgenden werden wünschenswerte Ausführungsformen dieser Erfindung anhand der Figuren im Einzelnen erläutert. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind nur Beispiele und der Umfang der Erfindung kann die verschiedensten Ausführungsformen annehmen.
1 ist ein Längsschnitt in Achsrichtung durch diese Ausführungsform einer Glühkerze. 2 ist ein Querschnitt durch diese Glühkerze entlang der in 1 gezeigten Linie II-II. 3 ist ein Querschnitt durch diese Glühkerze entlang der in 1 gezeigten Linie III-III.
Bei dieser Ausführungsform ist die Glühkerze eine keramische Glühkerze 1, die mit einer Keramikheizung 10, einem metallischen Mantel 20 und einem Gehäuse 30 ausgestattet ist.
Die Keramikheizung 10 dient der Starthilfe bei Verbrennungsmotoren, wobei deren Spitze in die Brennkammer (bei Verbrennungsmotoren vom Vorkammertyp in die Vorkammer, bei Verbrennungsmotoren vom Direkteinspritztyp in die Brennkammer vom bei Verbrennungsmotor) eingeführt und mithilfe des Mantels 20 am Gehäuse 30 befestigt wird. Die Keramikheizung 10 kann zum Beispiel aus Keramik aufgebaut sein. Die Keramikheizung 10 besteht aus der elektrisch leitfähigen Keramik 11 und eine diese elektrisch leitfähige Keramik 11 abdeckenden isolierende Keramik 16. Die Keramikheizung 10 ist ein stabförmiges Element mit kuppelförmiger Spitze.
Die elektrisch leitfähige Keramik 11 ist ein bei der Glühkerze 1 durch unter Strom setzen erhitztes Heizelement, dessen Außenumfang zylinderförmig ausgebildet ist. Die elektrisch leitfähige Keramik 11 ist als zylinderförmiger Leiterabschnitt (erstes Leiterelement) 12 ausgebildet und mit einer Verbindung zwischen der Spitze des zylinderförmigen Leiterabschnitts 12 und dem sich im Inneren des besagten zylinderförmigen Leiterabschnitts 12 in Achsrichtung x säulenförmigen stabförmigen Leiterabschnitt (zweites Leiterelement) 15 ausgestattet. Der Außenumfang der elektrisch leitfähigen Keramik 11 ist entlang der Außenfläche der isolierenden Keramik 16 ausgebildet.
Die Keramikheizung 10 ist teilweise in den Mantel 20 eingesteckt befestigt, wobei deren Spitze jedoch vom Mantel 20 freiliegend ist. Der zylinderförmige Leiterabschnitt 12 ist an seinem Ende als eine geschlossene geschwungenen Kuppel ausgebildet, die den Bodenteil 12a bildet.
Der zylinderförmige Leiterabschnitt 12 hat ein seiner Spitze das vorgenannte Bodenteil 12a und an seinem hinteren Ende die Öffnung 12b und somit zylinderförmig mit Boden ausgeformt. Die Spitze des zylinderförmigen Leiterabschnitts 12 hat ein mit der Spitze vom stabförmigen Leiterabschnitt 15 verbundenes zylinderförmigen Heizelement 13 und eine mit dem hinteren Ende des betreffenden Heizelements 13 verbundene zylinderförmige Zuleitung 14.
Wie in 1 und 2 dargestellt umfasst das Heizelement 13 den Bodenabschnitt 12a, wobei dessen Außenwandabschnitt 13a entlang der Umfangsfläche der isolierenden Keramik 16 sich ringförmig, konkret in etwa kreisförmig erstreckt. Das Heizelement 13 ist ein Heizwiderstand mit relativ zur Zuleitung 14 hohem Widerstand, so dass aufgrund des hohen Widerstands die Zuleitung 14 dünner ausgebildet ist. Das Heizelement 13 kann zum Beispiel aus Wolfram (W), Molybdän (Mo), Titan (Ti) enthaltenden, vorwiegend aus Karbiden, Nitriden oder Siliciden bestehenden Materialien bestehen. Das Heizelement 13 hat insbesondere eine hohe Hitzebeständigkeit und hinsichtlich eines kleinen spezifischen Widerstands sind dabei gleichzeitig besonders Wolframcarbid enthaltende anorganische Leiterelemente wünschenswert.
Das Heizelement 13 sollte außer den oben genannten Bestandteilen auch Siliziumnitrid (Si₃N₄) enthalten und der Gehalt an Siliziumnitrid (Si₃N₄) sollte wünschenswerterweise einen Masseanteil mehr als 20% ausmachen. Zum Beispiel weist das Leiterelement des Heizelements 13 im Vergleich zu den Siliziumnitrid (Si₃N₄) in der isolierenden Keramik 16 einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizient auf, so dass es normalerweise zu Spannungen kommt.
Demgegenüber nähert sich bei Zusatz von Siliziumnitrid (Si₃N₄) zum Heizelement 13 der Wärmeausdehnungskoeffizient an die der isolierenden Keramik 16 an, so dass die durch die Wärmeausdehnung beim Aufheizen und Abkühlen an der Keramikheizung 10 auftretenden Spannungen verringert werden können.
Ferner, wenn der Gehalt an Siliziumnitrid (Si₃N₄) am Heizelement 13 unter einem Masseanteil von 40% hegt, kann der Widerstandswert vom Heizelement 13 verhältnismäßig gering gehalten und somit stabilisiert werden. Daher ist es wünschenswert, den Masseanteil an Siliziumnitrid (Si₃N₄) am Heizelement 13 in einem Bereich zwischen 20-40% zu halten. Noch wünschenswerter ist ein Gehalt an Siliziumnitrid (Si₃N₄) in einem Bereich zwischen 25-35%.
Auf die gleiche Weise können anstatt von Siliziumnitrid (Si₃N₄) als Zusatz zum Heizelement 13 auch ein Masseanteil von 4-12% Bornitrid zugesetzt werden. Weiterhin kann das Heizelement 13 auch zumindest eines der Elemente der Gruppen 4, 5, 6, 7, oder 8 der vierten Periode (Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe)) enthalten. Zum Beispiel ist ein Gehalt an Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe) am Heizelement 13 von weniger als 0,5 Mol% wünschenswert.
Ferner kann das Heizelement 13 wünschenswerterweise zum Beispiel auch ein durch sintern geformter Sinterkörper sein, der mehrere Dutzend ppm an Chomoxid (Cr₂O₃) oder dergleichen seltene Erden oder dergleichen enthält.
Wie in 1 und 3 dargestellt, ist die Leitung 14 zylinderförmig ausgeformt und an ihrer Spitze auf dem gesamten Umfang mit dem hinteren Ende des Heizelements 13 verbunden. In der isolierenden Keramik 16 der Keramikheizung 10 verläuft die Leitung 14 um den Außenumfang der betreffenden isolierenden Keramik 16 und konkret erstreckt sie sich ringförmig. Die Leitung 14 hat an ihrem hinteren Ende einen auf dem gesamten Außenumfang der isolierenden Keramik 16 freiliegenden Abschnitt 14a.
Die Leitung 14 hat gegenüber dem Heizelement 13 einen geringen Widerstand und eine größere Dicke als das Heizelement 13. Die Dicke der Leitung 14 am Übergangsteil zum Heizelement 13 wird in Richtung auf das Heizelement 13 hin zunehmend dünner und ist somit konisch geformt. Die Leitung 14 erstreckt sich in Achsrichtung x bis zum hinteren Ende der Keramikheizung 10. Der Außenwandabschnitt 14b der Leitung 14 erstreckt sich ringförmig entlang des Außenumfanges der isolierenden Keramik 16 und konkret erstreckt sie sich fast ringförmig.
Der freiliegende Abschnitt 14a der Leitung 14 ist wie nachfolgend noch beschrieben über den Anschlussteil 21 durch Anlöten oder dergleichen an die Innenfläche mit dem Mantel 20 verbunden. Der freiliegende Abschnitt 14a der Leitung 14 ist elektrisch mit der Innenfläche des aus leitenden metallischen Werkstoffen geformten Mantel 20 verbunden. Der freiliegende Abschnitt 14a der Leitung 14 dient als Kathode.
Die Leitung 14 besteht hauptsächlich aus dem anorganischen Leiter Wolframcarbid (WC), zu dem wünschenswerterweise mehr als ein Masseanteil von 15% an Siliziumnitrid (Si₃N₄) zugesetzt wird. Mit steigendem Gehalt an Siliziumnitrid (Si₃N₄) kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Leitung 14 an den Wärmeausdehnungskoeffizient des in der isolierenden Keramik 16 enthaltenden Siliziumnitrid (Si₃N₄) angenähert werden.
Bei einem Masseanteil von weniger als ein Masseanteil von 40% Siliziumnitrid (Si₃N₄) wird nicht nur der Widerstand der Leitung 14 verringert, sondern dieser auch stabilisiert. Daher ist es wünschenswert, den Masseanteil an Siliziumnitrid (Si₃N₄) in einem Bereich zwischen 15-40% zu halten. Noch vorteilhafter ist ein Gehalt an Siliziumnitrid (Si₃N₄) in einem Bereich zwischen 20-35%.
Weiterhin kann die Leitung 14 auch Oxide oder Nitride von zumindest einem der Elemente aus den Gruppen 4, 5, 6, 7, oder 8 der vierten Periode (Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe)) enthalten. Zum Beispiel ist ein Gehalt an Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe) an der Leitung 14 von weniger als 0,5 Mol% wünschenswert.
Ferner kann die Leitung 14 wünschenswerterweise zum Beispiel auch ein durch sintern geformter Sinterkörper sein, der mehrere Dutzend ppm an Chomoxid (Cr₂O₃) oder dergleichen seltene Erden oder dergleichen enthält.
Die Leitung 14 ist aus dem gleichen Material geformt wie das Heizelement 13, aber deren Werkstoff kann mehr Elemente enthalten als das Heizelement 13 und wie in 2 und 3 dargestellt kann deren Oberfläche größer sein als die des Heizelements 13, so dass der Widerstand pro Längeneinheit kleiner als der des Heizelements 13 wird.
Der zylinderförmige Leiterabschnitt 12 umschließt den zwischen dem Bodenabschnitt 12a, dem Außenwandabschnitt 13a des Heizelements 13 und den Außenwandabschnitt 14b der Leitung gelegenen und später noch beschriebenen stabförmigen Leiterabschnitt 15.
Der stabförmige Leiterabschnitt 15 dient als Anode und erstreckt sich in Achsrichtung x der Keramikheizung 10 auf der Innenseite des zylinderförmigen Leiterabschnitts 12, wobei dessen Spitze mit dem Bodenteil 12a des Heizelements 13 verbunden ist und dessen hintere Ende aus der Öffnung 12b hervorragt. Der stabförmige Leiterabschnitt 15 hat von seiner Spitze bis zum hinteren Ende die gleiche Querschnittsfläche.
Der stabförmige Leiterabschnitt 15 hat einen von der isolierenden Keramik 16 abgedeckten freiliegenden Abschnitt 15a, wobei der betreffende freiliegende Abschnitt 15a über ein kappenförmiges Verbindungsteil 15b mit dem Zuleitungsdraht 15c elektrisch verbunden ist. Der stabförmige Leiterabschnitt 15 ist aus dem gleichen Material geformt wie der zylinderförmige Leiterabschnitt 12 der Leitung 14.
Die isolierende Keramik 16 kann zum Beispiel ein durch Sintern geformtes zylindrisches Sinterfromteil sein. Die isolierende Keramik 16 umschließt die leitende Keramik 11 vollständig, wobei die isolierende Keramik 16 konkret den zylinderförmigen Leiterabschnitt 12 und den stabförmigen Leiterabschnitt 15 abdeckt. Anders ausgedrückt sind der zylinderförmige Leiterabschnitt 12 und der stabförmige Leiterabschnitt 15 in der isolierenden Keramik 16 eingebettet.
Da die isolierende Keramik 16 aus Keramik geformt ist, kann sie eine bei raschem Aufheizen verlässliche Keramikheizung 10 anbieten. Konkret können hier elektrisch leitende Keramikarten wie Oxidkeramik, Nitridkeramik und Carbidkeramik genannt werden.
Insbesondere die Hauptbestandteile Siliziumnitrid verleihen diesen Siliziumnitridkeramiken ausgezeichnete hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit, hohe Isolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit. Diese Siliziumnitridkeramiken können zum Beispiel im Verhältnis zu deren Hauptbestandteil Siliziumnitrid als Sinterhilfsmittel einen Masseanteil von 3-12% an Yttriumoxid (Y₂O₃), Ytterbiumoxid (Yb₂O₃), Erbiumoxid (Er₂O₃) oder dergleichen Oxiden von seltenen Erden oder einen Masseanteil von 0,5-3% an Aluminiumoxid (Al₂O₃) enthalten und weiterhin kann dem Sinterkörper soviel Siliziumdioxid (SiO₂) beigemengt werden, dass der Masseanteil an Siliziumdioxid (SiO₂) 1,5-5% beträgt und das Material dann in einer Heißpresse gesintert werden.
Ferner, wenn die isolierende Keramik 16 aus Siliziumnitridkeramiken besteht, sollte wünschenswerterweise Molybdäniumdisilikat (MoSi₂), Wolframdisilikat (WSi₂) und dergleichen beigemengt und darin dispergiert werden. In diesem Fall kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Grundmaterialien der Siliziumnitridkeramiken dem Wärmeausdehnungskoeffizient des Heizelements 13 angenähert werden, so dass die Haltbarkeit der Keramikheizung 10 verbessert werden kann.
Der Mantel 20 kann zum Beispiel aus SUS 430 rostfreiem Stahl zylinderförmig ausgebildet sein. Wie in 1 dargestellt, umschließt der Mantel 20 die Keramikheizung 10 derart, dass die Spitze der betreffenden Keramikheizung 10 freiliegt. Mit darin untergebrachter Keramikheizung 10 ist an der Innenfläche des Mantels 20 entlang der Achsrichtung x die Keramikheizung 10 über eine bestimmte Strecke die Keramikheizung 10 und der Mantel 20 zum Beispiel mittels Silberlot oder dergleichen Materialien angelötet, um so den Anschlussteil 21 zu bilden.
Der Anschlussteil 21 wird durch Metallisieren gebildet, wenn er auf dem Außenumfang der isolierenden Keramik 16 mittels Silberlot oder dergleichen Materialien angelötet wird und erstreckt sich über eine bestimmte Strecke entlang der Achsrichtung x der Keramikheizung 10 (entspricht der Länge A) und ist nur zwischen dem Außenumfang der Keramikheizung 10 und der Innenfläche des Mantels 20 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der Anschlussteil 21 von der Spitze des Mantels 20 am hinteren Ende der isolierenden Keramik 16 bis zur der Stelle, wo sie mit der Innenfläche der Spitze des Mantels 20 in Berührung kommt ausgebildet. Allerdings kann der Anschlussteil 21 sowohl über diese Spitze in Achsrichtung x über den Mantel 20 hinausragen, als auch innerhalb des Mantels 20 liegen.
Das Gehäuse 30 ist an dem in der Figur nicht dargestellten Zylinderkopf des Motors befestigt und wie in 1 dargestellt gemeinsam mit der Keramikheizung 10 im Mantel 20 untergebracht.
Das Gehäuse 30 ist aus metallischen Werkstoffen mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Das Gehäuse 30 kann zum Beispiel zylinderförmig geformt sein und lagert die Keramikheizung 10 und den Mantel 20, wobei der betreffende Mantel 20 innerhalb vom Gehäuse 30 angeordnet ist. In diesem Zustand steht die Spitze der Keramikheizung 10 über die Spitze vom Gehäuse 30 hervor.
Bei der Glühkerze 1 erfüllt die Beziehung zwischen der Länge A in Achsrichtung x des Anschlussteils 21 zwischen der isolierenden Keramik 16 und der Innenfläche der Mantels 20, der Länge B vom hinteren Ende des Anschlussteils 21 bis zum Anschluss vom Heizelement 13 und der Leitung 14, sowie der Länge C vom hinteren Ende des Anschlussteils 21 bis zum Heizelement 13 oder dem Berührungspunkt zwischen dem Bodenabschnitt 12a und dem stabförmigen Leiterabschnitt 15 die Bedingung C>B>A.
Bei einer wie oben beschriebenen Glühkerze 1 hat eine von einer isolierenden Keramik 16 abgedeckte leitende Keramik 11 einen zylinderförmigen Leiterabschnitt 12, wobei diese speziell an ihrer Spitze ein zylinderförmiges Heizelement 13 hat, so dass die isolierende Keramik 16 an ihrer Spitze das Heizelement 13 vollständig umgibt. Folglich kann die Spitze der Keramikheizung 10 insgesamt hohe Temperaturen aufrecht erhalten.
Mit der Keramikheizung 10 ist es wie in 4 dargestellt möglich, im Vergleich zu herkömmlichen Keramikheizungen 100 zumindest in dem Bereich an der Spitze des Heizelement 13 eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erzielen. Bei herkömmlichen Keramikheizungen 100 variiert die Temperaturverteilung im Bereich um die Lage des Heizelements 200 herum. Je nach Lage auf den Keramikheizungen 100 gab es Temperaturunterschiede zwischen dem Inneren der Keramikheizungen 100 und deren Außenfläche.
Demgegenüber erstreckt sich innerhalb der Keramikheizung 10 entlang der Außenfläche der leitenden Keramik 11 die isolierende Keramik 16. Mit anderen Worten, innerhalb der isolierenden Keramik 16 ist ein sich entlang deren Außenfläche erstreckendes Heizelement 13 vorgesehen, so dass die Temperaturunterschiede zwischen dem Inneren und der Außenfläche der Keramikheizung 10 in Umfangsrichtung gleichförmig gehalten werden und somit Belastungen durch Wärmespannungen vermindert werden können.
Ferner, da die Temperaturunterschiede zwischen dem Inneren und der Außenfläche der Keramikheizung 10 gering gehalten werden können, sind auch bei einer plötzlichen Abkühlung der Oberfläche der Keramikheizung 10 durch Berührung mit in die Brennkammer eingedrungenem Wasser und in Verbindung damit auftretende Unterschiede in der Wärmeausdehnung auf dem gesamten Umfang einheitlich, so dass die dabei auftretenden Wärmespannungen insgesamt gleichförmig werden. Folglich kann eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit der Keramikheizung 10 erhalten werden. Mit anderen Worten, durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Belastungen der Keramikheizung 10 können reduziert werden, so dass die Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Keramikheizung 100 bei dieser Keramikheizung 10 verlängert werden kann.
Weiterhin, die Leitung 14 für den zylinderförmigen Leiterabschnitt 12 hat einen von deren hinterem Ende auf der dem Heizelement 13 gegenüberliegenden Seite einen auf dem gesamten Umfang von der isolierenden Keramik 16 entblößten freiliegende Abschnitt 14a, so dass die Leitung 14 über den gesamten Umfang und die Innenfläche des Mantels 20 einen stabilen Kontakt herstellen kann.
< Anderes >
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in einem den Umfang der Erfindung nicht überschreitenden Bereich auf geeignete Weise modifiziert werden. Zum Beispiel kann bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Bodenabschnitt 12a des zylinderförmigen Leiterabschnitts 12 einstückig mit der Spitze des stabförmigen Leiterabschnitts 15 verbunden sein, aber der stabförmige Leiterabschnitt 15 kann ebenso durch den Bodenabschnitt 12a durchtreten. Mit anderen Worten, die Außenfläche des Heizelements 13 an der Spitze des stabförmigen Leiterabschnitts 15 liegt frei und der Bodenabschnitt 12a des zylinderförmigen Leiterabschnitts 12 kann auch aus dem Heizelement 13 und dem stabförmigen Leiterabschnitt 15 gebildet werden.
Ferner, die Außenfläche der leitenden Keramik 11 und der isolierenden Keramik 16 ist jeweils zylinderförmig ausgebildet, kann aber auch oval oder rechteckig sein und die verschiedensten Querschnittsformen haben.
Bezugszeichenliste

1: Glühkerze
10: Keramikheizung
11: leitende Keramik
12: zylinderförmiger Leiterabschnitt
12a: Bodenteil
12b: Öffnung
13: Heizteil
13a: Außenwandabschnitt
14: Zuleitung
14a: freiliegender Abschnitt
14b: Außenwandabschnitt
15: stabförmiger Leiterabschnitt
15a: freiliegender Abschnitt
16: isolierende Keramik
20: Mantel
30: Gehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002334768 [0003]

Claims

Keramikheizung für Glühkerzen dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer elektrisch leitfähigen Keramik und einer die elektrisch leitfähige Keramik umgebenden isolierenden Keramik ausgestattet ist, wobei die vorgenannte elektrisch leitfähige Keramik mit dem vorgenannten zylinderförmigen ersten Leiterabschnitt, sowie deren Spitze mit der Spitze des vorgenannten zylinderförmigen ersten Leiterabschnitts verbunden ist und weiterhin innerhalb des vorgenannten ersten Leiterabschnitts ein sich in Achsrichtung erstreckendes zweites Leiterelement vorgesehen ist.
Keramikheizung für Glühkerzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenfläche der vorgenannte elektrisch leitfähige Keramik entlang der Außenfläche der vorgenannten isolierenden Keramik erstreckt.
Keramikheizung für Glühkerzen nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass diese eine mit der Spitze des vorgenannten ersten Leiterabschnitts mit dem zylinderförmigen Heizelement des vorgenannten verbundenen zweiten Leiterabschnitt sowie eine mit dem hinteren Ende des vorgenannten Heizelements verbundene zylinderförmige Zuleitung hat.
Keramikheizung für Glühkerzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte zweite Leiterabschnitt an seinem hinteren Ende einen auf dem gesamten Umfang von der vorgenannten isolierenden Keramik freiliegenden Abschnitt hat.
Glühkerze dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Keramikheizung mit elektrisch leitfähiger Keramik und die vorgenannte elektrisch leitfähige Keramik umschließende isolierende Keramik hat und mit einem die Keramikheizung teilweise aufnehmenden Mantel ausgestattet ist, bei dem zumindest deren Spitze freiliegt und wobei diese mit dem vorgenannten ersten Leiterabschnitt, sowie deren Spitze mit der Spitze des vorgenannten ersten Leiterabschnitts verbunden ist und weiterhin innerhalb des vorgenannten ersten Leiterabschnitts ein sich in Achsrichtung erstreckendes zweites Leiterelement vorgesehen ist.
Glühkerze nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiterabschnitt an dessen hinteren Ende ein auf dem gesamten Umfang von der isolierenden Keramik entblößten freiliegenden Abschnitt hat, wobei der vorgenannte freiliegende Abschnitt elektrisch leitend mit der Innenfläche des vorgenannten Mantels verbunden ist.