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Überwacher für mit einpoligen Glühkerzen ausgerüstete Glühstromanlagen
von Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Überwacher für eine mit einpoligen
parallel zueinander geschalteten Glühkerzen ausgerüstete Glühstromanlage für Brennkraftmaschinen,
der aus einer für den Bedienenden sichtbar angeordneten Glühdrahtschleife besteht,
die in die allen Kerzen gemeinsame Stromzuleitung eingeschaltet ist.
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Bei den bekannten Überwachern dieser Art erzeugt die beim Einschalten
der Anlage vom Glühstrom durchflossene Glühdrahtschleife einen Spannungsabfall von
vorzugsweise 1 bis 2 V und dient dadurch zugleich als Vorwiderstand, der nach dem
Verglühen der Kerzen beim Andrehen der Brennkraftmaschine kuzzeitig überbrückt werden
kann, um den Spannungsabfall auszugleichen, den ein elektrischer Andrehmotor am
Innenwiderstand der Andrehmotorbatterie hervorruft.
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Ein solcher Glühüberwacher, wie er bisher bei Anlagen mit in Reihe
geschalteten, zweipoligen Glühkerzen verwendet wurde, kann bei einer Unterbrechung
des Glühstromkreises, beispielsweise beim Ausfall einer Glühkerze, nicht aufglühen.
Er teilt also auf einfache Weise dem Bedienenden mit, daß die Glühstromanlage nicht
betriebsbereit ist.
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Neuerdings bevorzugt man in vielen Fällen einpolige Glühkerzen, die
parallel zueinander an die Batteriespannung angeschaltet sind. Bei Verwendung einpoliger
Glühkerzen ergibt sich ein erheblich geringerer Aufwand an Stromzuleitungen, auch
sind Glühkerzen mit nur einem Anschlußpol viel einfacher und billiger herzustellen
als die zweipoligen Glühkerzen, die zwei gegeneinander sowie gegenüber dem Kerzengehäuse
isolierte Anschlüsse haben. Schließlich kommt als wesentlicher Vorteil hinzu, daß
bei einer mit einpoligen Glühkerzen ausgerüsteten Glühstromanlage sämtliche Glühkerzen
parallel zueinander geschaltet sind, also betriebsbereit bleiben und das Anspringen
der Brennkraftmaschine beim Andrehen notfalls auch dann zulassen, wenn die eine
oder andere der Kerzen ausgefallen ist.
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Den genannten technischen Vorzügen der einpoligen Glühkerzen im Vergleich
zu zweipoligen steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß für die Überwachung einpoliger
Kerzen kein geschlossener Stromkreis zur Verfügung steht, weil sich der Glühstromkreis
in mehreren Zweigen über die einzelnen Kerzen zur Masse hin verzweigt. Dadurch wird
beim Ausfall einer oder mehrerer einpoliger Kerzen der Glühstromkreis nicht unterbrochen.
In diesem Fall fließt lediglich ein um den Stromanteil der ausgefallenen Kerzen
verminderter Glühstrom. Ein Glühüberwacher der bekannten Art würde also bei Anlagen
mit einpoligen Glühkerzen wohl den Einschaltzustand melden, aber nicht eindeutig
anzeigen können, ob alle Glühkerzen ihren Strom aufnehmen. Der Ausfall einer Glühkerze
bei Glühstromanlagen mit in der Regel vier und mehr Kerzen bewirkt somit nur einen
kleinen Abfall der Glühstromstärke, der am Glühzustand der Überwacherschleife der
bekannten Art nicht eindeutig wahrnehmbar ist. Will man dennoch eine für solche
Fälle eindeutige Fehleranzeige haben, dann war man bisher auf Relaisschaltungen
angewiesen, die jedoch die Anlage und ihre Wartung erheblich verteuern.
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Um diese Schwierigkeit zu überwinden, geht die Erfindung von dem Gedanken
aus, die infolge einer Stromänderung an der Glühdrahtschleife eines Glühüberwachers
hervorgerufene Temperaturänderung soweit als möglich zu verstärken, um bereits wesentlich
geringere Glühstromänderungen als bisher an dem Überwacher eindeutig wahrnehmbar
zu machen.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Glühschleife
des Überwachers aus einem Metall hergestellt ist, dessen elektrischer Widerstand
derart temperaturabhängig ist, daß eine verhältnismäßig kleine Änderung der Glühstromstärke
7 gegenüber dem Sollwert des Glühstromes eine gleichgerichtete und mindestens annähernd
gleich große Änderung des Schleifenwiderstandes R und infolgedessen annähernd die
doppelte Änderung des Spannungsabfalls U = I - R an der Glühdrahtschleife
hervorruft. Als Glühtemperatur wählt man zweckmäßig etwa 850 bis 900° C, da die
größte Ansprechempfindlichkeit des menschlichen Auges etwa im Temperaturbereich
zwischen 700 und 900° C liegt, während Temperaturen unterhalb von 680° C
überhaupt keinen Lichteindruck mehr vermitteln und Temperaturen oberhalb von 900°
C nahezu gleichbleibend als weißgelb bis weiß empfunden werden. Es ist vorteilhaft,
den Sollwert der Glühschleifentemperatur an die obere Grenze des
genannten
Temperaturbereiches zu legen, weil im wesentlichen die unterhalb dieses Wertes liegenden
Temperaturen interessieren, die beim Ausfall einer Glühkerze den Bereich der Farbwerte
von Gelb bis Dunkelrot durchlaufen. Die Glühschleife muß deshalb aus einem Metall
bestehen, dessen Schmelztemperatur wesentlich oberhalb von 900° C liegt und das
mindestens bis 900° C ausreichend zunderfest ist.
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Bekanntlich hat der elektrische Widerstand aller Metalle mehr oder
weniger die Tendenz, mit zunehmender Temperatur ebenfalls- zuzunehmen. Diese Eigenschaft
ist jedoch für. Glühdrähtwiderstände deshalb unerwünscht, weil man im allgemeinen.
Stromverbraucher haben will, die eine möglichst gleichbleibende Leistung aufnehmen.
Die in der Technik bekannten und bisher benutzten Widerstandsmetalle sind deshalb
so zusammengesetzt, daß ihr elektrischer Widerstand von der Temperatur möglichst
unabhängig ist. Es ist auch bekannt, daß Nickel einen hohen Schmelzpunkt, aber-
einen elektrischen Widerstand hat, der in besonders hohem Maße von der Tem peratur
abhängig ist. Daher kommt es, daß Nickel trotz seines hohen Schmelzpunktes nicht
als Widerstandsmaterial, sondern nur als Legierungsbestandteil für die bekannten
Widerstandsmetalle verwendet wurde. Überraschenderweise läßt sich nun der Gegenstand
der vorliegenden Erfindung besonders gut mit technisch reinem Nickel verwirklichen.
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Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine mit
sechs einpoligen Glühkerzen ausgerüstete Glühstromanlage.
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Als Glühüberwacher dient eine dem Bedienenden sichtbar angeordnete
Glühdrahtschleife 1, die in die Stromzuleitung 2 der Glühkerzen 3 einer nicht dargestellten
Brennkraftmaschine eingeschaltet ist. Die Glühdrahtschleife 1 besteht _ aus technisch
reinem Nickel mit einem Reinheitsgrad. von- annähernd 99,6%. Sie erwärmt sich, sobald
der Glühstromschalter 4 eingeschaltet ist und alle Glühkerzen ordnungsmäßig arbeiten,
durch den Strom einer- Batterie 5 auf eine Endtemperatur von etwa 880° C.
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Die Glühstromstärke der Anlage wird bestimmt durch den aus der Parallelschaltung
der Glühkerzen 3 gebildeten Nutzwiderstand. Der-Widerstandswert der Glühschleife
ist dagegen um eine Größenordnung kleiner und fällt somit nicht ins Gewicht. Sobald
eine der sechs Glühkerzen. ausfällt, nimmt der Gesamtstrom gegenüber seinem Sollwert
um ein Sechstel, also etwa um 160% ab. Da hierdurch der an der Glühschleife 1 auftretende
Spannungsabfall im selben Verhältnis verkleinert wird, vermindert sich auch die
an der Glühschleife erzeugte elektrische Leistung, die dem Produkt aus Strom und
Spannung entspricht, um fast 30"/0. Die Glühschleife kühlt sich dadurch etwas ab,
und da sie aus technisch reinem Nickel besteht, vermindern sich zusätzlich ihr elektrischer
Widerstand, der Spannungsabfall und auch die Temperatur, bis sich schließlich ein
Endwert von etwa 680° C einstellt, bei dem die Glühschleife 1 keine Lichtstrahlen
mehr aussendet. Diese Wirkung, daß der erfindungsgemäße Überwacher bereits .erlischt,
wenn nur eine von sechs Glühkerzen ausfällt, erklärt sich folgendermaßen: .
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Hätte man bei der gleichen Anlage an Stelle der erfindungsgemäßen.
Glühdrahtschleife eine solche verwendet, die aus einem der- üblichen. Widerstandsmetalle
besteht, dann würde sich beim Ausfall einer Glühkerze und beim Abfallen von Strom
und Spannung um je 16% nur die genannte 30ajaige Verminderung der Heizleistung ergeben.
Da aber die abgestrahlte Wärmeleistung nach dem Strahlungsgesetz in der vierten
Potenz von der absoluten Temperatur des strahlenden Körpers abhängt, erfährt die
Glühschleife der bisher bekannten Art bei Strom- und Spannungsabnahme von je 16%
nur eine Temperaturverminderung von etwa 8%. Bezogen auf einen Sollwert der Temperatur
von 880° C oder 1250° K, entsprechen 8% Temperaturabnahme 100° C, so daß die Temperatur
einer Glühdrahtschleife bekannter Art von 880 auf 780° C zurückgehen würde.
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Anders aber die erfindungsgemäße Schleife, die aus reinem Nickel besteht
und einen ausgesprochen hohen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes
hat, der im interessierenden Glühbereich etwa 10/00 pro Grad Celsius, also 10% bei
100° C, ausmacht. Infolgedessen würde schon ein Temperaturabfall von 100° C den
elektrischen Widerstand der erfindungsgemäßen Glühdrahtschleife um 10% vermindern.
Da dann auch der Spannungsabfall um weitere 10% abnimmt, ergibt sich eine zusätzliche
Temperaturabnahme von 5 %, die also mehr als die Hälfte der ursprünglichen Temperaturänderung
ausmacht und natürlich in derselben Weise auf den elektrischen Widerstand der Schleife
zurückwirkt. Diese gegenseitige Abhängigkeit von Widerstand und Temperatur bewirkt
also entsprechend dem Gesetz 1+1/2+/4 -I- lfs -I- . . . = 2, da.ß sich die durch
eine Stromänderung an der Glühdrahtschleife ausgelöste Temperaturabnahme verdoppelt,
wenn die Glühdrahtschleife aus einem Metall besteht, das einen erfindungsgemäß mit
der Temperatur veränderlichen elektrischen Widerstand hat. Diese Wirkung läßt sich
noch steigern, wenn man für die Glühschleife ein Metall benutzt, bei dem das erwünschte
Temperaturverhalten noch stärker ausgeprägt ist wie Nickel mit einem höheren Reinigungsgrad
als 99,6%.
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Überraschenderweise hat sich bei Durchführung der vorliegenden Erfindung
gezeigt, daß dann, wenn bereits vor dem Einschalten der Anlage eine Glühkerze ausgefallen
ist, noch eine wesentliche Verstärkung der erstrebten Wirkung auftritt. In diesem
Fall ist der elektrische Widerstand der Nickelschleife bei Raumtemperatur maßgebend,
der gegenüber dem glühenden Widerstand sogar um ein Mehrfaches kleiner ist und somit
eine einwandfreie Überwachung von Glühstromanlagen erlaubt, die wesentlich mehr
als sechs Glühkerzen haben.
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Außerdem bewirkt die durch den geringeren Anfangswert des Nickelwiderstandes
beim Einschalten der Anlage zunächst geringere Aufheizung eine zeitliche Verzögerung
des Anheizvorganges, die vorteilhaft und erwünscht ist. Die zu überwachenden Glühkerzen
der Anlage müssen nämlich wegen ihres Sitzes in den wärmeableitenden Teilen der
Brennkraftmaschine beim Anglühen anfangs wesentlich mehr Wärme abgeben als die außerhalb
der Brennkraftmaschi.ne eingebaute Glühdrahtschleife, so daß auch die Glühkerzen
mit einer entsprechenden Verzögerung aufglühen.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß der Bedienende, der die Brennkraftmaschine
erst bei aufgeglühter Überwacherschleife andrehen läßt, mit Sicherheit die volle
Glühleistung der Glühkerzen ausnutzt.