DE2900984A1

DE2900984A1 - Gluehkerze fuer dieselmotoren

Info

Publication number: DE2900984A1
Application number: DE19792900984
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Dr Aldinger; Franz Dipl Ing Dr Sperner; Wilhelm Ing Grad Zwergel
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1979-01-12
Publication date: 1980-07-17
Also published as: US4359977A; US4358663A; DE2900984C2; JPS5596836A

Description

Hanau, 10. Jan. 1979

ZPL-Zw/Rö

W. C. Heraeus GmbH, Hanau/Main

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanraeldung

"Glühkerze für Dieselmotoren"

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze für Dieselmotoren bzw. Verbrennungsmotoren ohne Fremdzündung, insbesondere als Starthilfe bei Kälte durch Vorglühen.

Der Stand der Technik auf diesem Gebiet ist besonders ausführlich abgehandelt in dem Aufsatz von Helmut Weil, "Anlaßhilfsmittel für Dieselmotorren",in der Zeitschrift "Bosch"-Technische Berichte, Jahrg. 5, 1977, Heft 5/6, Seiten 279 286. Unter Glühkerze ist sowohl eine Glühdrahtkerze als auch eine Glühstiftkerze zu verstehen. Unter Starthilfen im Verbrennungsraum ist eine Glühstiftkerze beschrieben und in Bild 3 abgebildet und als Starthilfe im Ansaugrohr eine Flammglühstiftkerze,' die in Bild 8 abgebildet ist. In beiden Fällen wird eine Glühwendel angewendet, die mittels isolierendem Magnesium-Oxidpulver in einem Glührohr aus warmfestem Stahl eingebettet ist. Die Glühwendel selbst besteht aus einem Widerstandsmaterial auf Nickel-Chrom oder Chrom-Eisen-Aluminium-Basisi

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Die Abhängigkeit der Temperatur und der Stromstärke von der Zeit ist in Bild 'i dargestellt. Demnach beträgt die Vorglühzeit der bekannten Glühkerzen je nach Umgebungstemperatur zwischen 10 und 50 see. Diese Glühzeiten sind bezogen auf eine Umgebungstemperatur zwischen etwa +· 20 C und - 20 C. Bei stärkerem Frost werden jedoch Vorglühzeiten bis zu 2 Minuten in der Praxis beobachtet. Man hat versucht, diese Zeiten durch besondere elektrische Zusatzaggregate, wie ein Stromregler, zu verkürzen. Dies bedeutet jedoch einen erheblichen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze zu schaffen, die auch beim Einsatz unter erschwerten klimatischen Bedingungen wie sie im Winter,z. B. in nördlichen Breiten vorliegen, eine verringerte Vorglühzeit aufweist«

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Glühkerze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die in dessen Kennzeichen aufgeführten Merkmale.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zur Erfindung gehören ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der beschriebenen, dargestellten und beanspruchten Merkmale sowohl untereinander als auch mit bekannten Merkmalen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung rein schematisch dargestellt, ohne daß die Erfindung hierauf beschränkt wäre.

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Es zeigen:

Figur 1 : den Aufbau der erfindungsgemäßen Glühkerze, Figur 2 : die mit der erfindungsgemäßen Glühkerze erreichten j Vorglühzeiten im Vergleich zu bekannten Glühkerzen.

Wie der Figur 1 zu entnehmen, besteht die erfindungsgemäße Glühkerze aus einem Kerzengehäuse 1, aus Metall mit Außengewinde 2 zum Einschrauben am Einsatzort, z.B. im Verbrennungsraum. In dem Gehäuse 1 ist ein Schutzrohr 3 befestigt, aus warmfestem Metall oder Metallegierung, z.B. durch Einpressen.

Innerhalb des Schutzrohres ist der Tragkörper 5 für die Glühi
wendel 6 angeordnet, der seinerseits in dem Anschlußbolzen 7,

j ebenfalls bevorzugt durch Einpressen,befestigt ist. Der Anschlußbolzen 7 für den elektrischen Anschluß ist gegenüber dem Kerzengehäuse 1 elektrisch isoliert durch eine Isolierscheibe 8, die gasdicht angepreßt wird von einer Rundmutter 9. Die Glühwendel 6 ist bei 10 an den Anschlußbolzen 7 angelötet. Zwischen dem Anschlußbolzen 7 und dem Schutzrohr 3 bildet eine Glasschmelze 11 die Verbindung zwischen Anschlußbolzen und Schutzrohr. Gleichzeitig hat die Glaseinschmelzverbindung den Zweck der elektrischen Isolation.

Wie der Figur 1 zu entnehmen, ist das Schutzrohr 3, welches den mechanischen Schutz der freiliegenden Glühwendel gegen Beschädigung beim Ein- und Ausbau der Glühkerze übernimmt, einseitig offen und überragt den Tragkörper 5 für die Glühwendel. Das Schutzrohr weist in seinem Mantel Öffnungen auf, die in Zahl und Größe so bemessen sind, daß ein ausreichender Durchtritt für das Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Glühwendel hin erfolgen kann, um ein zündfähiges Gemisch zu bilden. Die Glühwendel wird direkt vom Strom durchflossen, der z.B. mit

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einer Spannung zwischen 6 und 14 Volt, vom Anschlußbolzen zusoführt und über Schutzrohr und Kerzengehäuse an Masse abgeleitet wird» Die Glühwendel ist an ihrem der Lötstelle 10 abgekehrten Ende an dem Schutzrohr 3 bei 12 befestigt, z.B« durch Einpressen.

Tn dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Glühdraht mit einem Durchmesser von 300 ,um auf den Tragkörper 5 aufgewickelt, der aus Keramik, Quarzglas oder hochkieselsäurehaltigem Glas oder Glaskeramik besteht. Der ! Glühdraht besteht aus einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung mit wenigstens einem dieser Metalle; bevorzugt werden Plutin-Rliodium-Legierungen mit bis zu k0% Rhodium, insbesondere eine Legierung von Platin mit 10% Rhodium. Jedoch sind auch andere Legierungen aus der Gruppe der Platinmetalle, nämlich Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin enthaltende Legierungen anwendbar. Dabei sind Iridium, Ruthenium und Osmium ztir Erhöhung der v/ariffestigkoit geeignet, während Platin tind Palladium vor allem wegen der chemischen Beständigkeit und guten Verarbeitbarkeit eingesetzt werden. Wicht zuletzt spielt der Preis des jeweiligen Edelmetalls und daher auch sein Anteil eine erhebliche Rolle.

Vor allem, wenn eine hohe chemische Beständigkeit und eine hohe Warmfestigkeit gefordert werden, sind jedoch die bis auf etwa 1100°C und darüber hinaus beständigen Metalle, insbesondere die hochschmelzenden Metalle der Gruppe Niob, Tantal, Molybdän, VoIfram allein oder als Legierung dieser Metalle wenig geeignet, obwohl sie preislich günstiger liegen als fixe Edelmetalle oder deren Legierungen.

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einem weiteren Ausführungsbeispiel wird daher eine Glühwendel vorgeschlagen.aus hochschmelzendem Metall oder Legierungen mit wenigstens einem dieser Metalle als Kern, der iiit einem Mantel oder Überzug aus einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung aus wenigstens einem Metall der Platingruppe bedeckt 13t. Eine solche Ausführung ist in Figur la dargestellt. Der Kern 6' besteht bei diesem Beispiel aus einem hochschmelzendem Metall, bevorzugt Molybdän, und der Mantel oder überzug 6^!t besteht atis Platin oder einer Legierung mit wenigstens einem Metall der Platingruppe. Der Überzug oder Mantel 6¹' weist dabei eine Dicke von 5 bis etwa 50.Um, b'evorzugt 25 Aim, auf, *im die geforderten oben erwähnten Bedingungen erfüllen zu können. Für den Kern werden Molybdän oder Wolfram bevorzugt gegenüber den anderen hochschmelzenden Metallen wegen ihres spezifischen elektrischen Widerstandes.

Anstelle einer drahtförmigen Glühwendel kann natürlich auch eine bandförmige Glühwendel aufgewickelt werden. Eine solche bandförmige Wendel ist in Figur Ib dargestellt. Der

2 Kern 6· hat dabei einen Querschnitt von etwa 0,03mm" und der Mantel oder Überzug 6¹¹ die gleiche Dicke wie zu Figur la ausgeführt.

Statt eines draht- oder bandförmigen Heimleiters für die Wendel 6 kann diese auch axis einer Schicht gebildet werden, die auf den Tragkörper 5 schraubenlinienförmig aufgebracht ist. Die Aufbringung der Schicht 6 der Wendel mit einem Querschnitt von etwa O,o6mm"" kann entweder direkt auf den stab- oder rohrförmigen Tragkörper 5 erfolgen (Figur Ic) oder über eine Zwischenschicht 13 (Figur Id). Ob eine oder keine

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Zwischenschicht vorwendet wird, richtet sich nach dem benutzten Trägermaterial. Wird der Tragkörper 5 aus Keramik oder Glaskeramik hergestellt, so kann z.B. ein Metall der Platingruppe oder eine Legierung mit wenigstens einem dieser Metalle direkt atif den Träger· aufgebracht werden, z. B. durch Aufdampfen, Aufstäuben, Aufdrucken, Flammspritzen, auf galvanischem oder chemischem Wege (stromlos), wobei solche Verfahren an sich in der Dickschicht-Technik bekannt sind. V'atürlich Vann auch eine Schichrkombination in der Gestalt hergestellt verden, wie sie in Figur Ib dargestellt ist, ■vobei die innere Schicht axis einem hochschnielzendem Metall odar einer Legierung mit wenigstens einen dieser Netalle und dor Überzug aus einem Platinmetall odor einer Legierung rjinsar Metalle besteht. Bei einem Quarzglasträger oder einem ?r■->··;er aus hochkieselsäurehaltigem Glas wird die Zwischenschicht 13 als Sperrschicht empfohlen, wenn ein Platinmetall aufgebracht wird. Die dünne Schicht 6 katin auch von einer Deckschicht Ik abgedeckt sein (Figur Ic), die ähnlich wie j die Sperrschicht 13 aus Keramik besteht, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, das aufgeschmolzen wird. Die Schicht 6 kann ] aber auch rundum von der keramischen Masse umhüllt sein, ( wobei sich auch eine Glasur bewährt hat. Die Schicht 6 ist dann gemeinsam mit der Glasur l'l einbrcmibar. Die Schicht 6 ';ann dann aufgedruckt sein oder als Suspension auf gestrichen und danach eingebrannt werden. Chemische Verbindungen, die in Suspension für das stromlose Aufbringen geeignet sind, sind ebenso wie Siebdruckpasten aus der Dickschicht-Technik bekannt. Wichtig ist, da U das sich an das Aufbringen der Schicht anschließende Einbrennen bei einer Temperatur stattfindet, die kleiner ist als die Erweichungstemperatur des Einbottwerkstoffes. Wenn die Schicht υ vollständig von der

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Einbettmasse umhüllt wird, ist auch ein direktes Aufbringen der Wendel auf einen metallischen Tragkörper möglich. Das Material des Anschlußbolzens ist-hierfür in der Regel nichi; geeignet. Es könnte jedoch mit einem keramischen Material, z.3. durch Flammspritzen, überzogen werden.

Die Auswahl des Aufbringungsverfahrens für die Wendel richtet sich vor allem nach der jeweiligen Verarbcitbarkeit des Platingruppenmetalls oder deren Legierung bzw. der Kombination mit dem jeweiligen hochschmelzenden Metall oder deren Legierung.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind besonders deutlich der Figur 2 zu entnehmen, die die gemessene Temperaturen an der Oberfläche von Glühkerzen zeigen, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden, auf der Ordinate der Ter-.neratur in °C in Abhängigkeit von der angelegten Spannung aufgetragen ist. Die Kurven A-E zeigen das Vorglühen mit bekannten Glühkerzen, während die Kurven P-J das Vorglühen mit erfindungsgemäßen Glühkerzen darstellen, wobei die angelegte Spannung von 6V für die Kurve A in Sprüngen von 2V auf 1'jrV für die Kurve E und analog für die Kurven F-J ansteigt.

Es ist ersichtlich, daß die Vorglühzeit mit Hilfe der Erfindung deutlich herabsetzbar ist, sodaß Dieselmotoren ohne wahrnehmbare Wartezeit ähnlich wie ein Benzinmotor gestartet werden können, selbst bei Temperaturen unter minus 20 C. Tm Gegensatz zu bekannten Glühdrahtkerzen ist die freiliegende relativ dünne und entsprechend empfindliche Glühwendel bei der Erfindung vor mechanischen Beschädigungen geschützt durch ein Schutzrohr, das den Träger mit der aufgebrachten Wendel überragt.

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Dor Kraftstoff bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann direkt au die Glühwendel gelangen, ohne daß ein besonderer Oxidationsoder Korrosionsschutz notwendig wäre, weil das Material der 'Jcndol entsprechend bestandig ist. Die Glühkerze kann daher direkt in den Einsnritzstrahl des Motors ragen.

Die Bildung eines ausreichend zündfähigen Gemisches ist hierdruch wesentlich erleichtert. Andererseits muß die Glühwendel nicht wie bei bekannten Glühstiftkerzen in einem '"vlührohr von eingestampftem Isolierpulver schwingungsfest und elektrisch isoliert umgeben sein, was den Nachteil hat, daß die gesamte schlecht wärmelextende Wärmemasse und das diese rtmgebende Hüllrohr auf Glühtemperatur gebracht werden muß, wodurch sich eine entsprechend längere Vorglühzeit ergibt als bei der Erfindung.

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Zusammenfassung

Glühkerze als Starthilfe für Dieselmotoren oder dergleichen mit einer Glühwendel, deren Anschlußbolzen gasdicht im Kerzengehäuse eingepreßt und von diesem elektrisch isoliert ist.

Glühwendel aus einem Metall der Platingruppe oder deren Legierungen, bestehend oder hiermit überzogen, wobei ein hochschmelzendes Metall den Kern bildet. Die Glühwendel ist auf einem feuerfesten Tragkörper aufgebracht und von einem

' Schutzrohr mechanisch geschützt, jedoch für den Zutritt von Kraftstoff bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Wendel offen.

Verschiedene Aufbringverfahren.

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Leerseite

Claims

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Hanau, 10. Jan. 1979 ZPL-Zw/RÖ

\·Ι. C. fleraeus GmbH, Hanau/Main

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

"Glühkerze für Dieselmotoren"

Patentansprüche

.) Glühkerze für Dieselmotoren bzw. Verbrennungsmotoren ohne Fremdzündung, insbesondere als Starthilfe bei Kälte durch Vorglühen, mit einer Glühwendel, deren Anschlußbolzen gasdicht im Kerzengehäuse eingepreßt und gegenüber diesem elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel, wenigsten deren Oberfläche aus einem Metall der Platingruppe der Elemente oder einer Basislegierung dieser Metalle besteht, von einem stab- oder rohrförmigen hochtemperaturbeständigen, wenigstens an seiner Oberfläche aus elektrisch isolierendem Werkstoff bestehenden Körper getragen und von einem perforierten Schutzrohr umgeben ist.

Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel aus einer auf den Tragkörper aufgebrachten Drahtwicklung besteht.

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3. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel aus einer schraubenlinienförmig auf den Tragkörper aufgebrachten· dünnen Schicht besteht.

k. Glühkerze nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel eine aufgedampfte, aufgestäubte, aufgedruckte, flammgespritzte, galvanisch oder chemisch niedergeschlagene Schicht ist.

5. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Glühwendel und Tragkörper zumindest im Bereich der Wendel eine Zwischenschicht angeordnet ist.

6. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dal die Glühwendel in einer Einbrennschicht auf dem Tragkörper angeordnet ist.

7. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel vollständig aus einem Metall der Platingruppe oder Legierungen mit einem oder mehreren dieser Metalle besteht.

3. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel aus einem hochschmelzenden Metall oder Legierungen dieser Metalle besteht und mit einer Schicht aus einem Metall der Platingruppe oder deren Legierungen bedeckt ist.

9. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel und ihr Tragkörper über eine Glaseinschmelzung mit dem Anschlußbolzen verbunden ist.

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10. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr für die Glühwendel den Tragkörper überragt und wenigstens an dem freien Ende desselben offen ist.

11. Glühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr Lochungen aufweist»

12. Glühkerze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel mit einem Ende an dem Schutzrohr befestigt ist, vorzugsweise eingepreßt ist, das seinerseits im Kerzengehäuse befestigt ist, während das andere Ende der Glühwendel auf dem Anschlußbolzen befestigt, insbesondere aufgelötet,ist ο

13„ Glühkerze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansnrüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper aus Keramik, Quarzgut, Quarzglas, hochkieselsäurehaltigem Glas oder aus Glaskeramik besteht oder mit diesen Werkstoffen oberflächig beschichtet ist.

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