DE3005557C2 - Zigarettenanzünder - Google Patents

Description

— daß der Heizteil (2) des Keramikheizelementes (1) die Form eines unterbrochenen Rings mit zwei Enden {3a, 3b) hat, zwischen denen ein Spalt (4) gebildet ist und von denen die Elektrodenteile (6a, 6b) parallel zur Ringachsc (O) des Heizteils (2) nach unten ragen, wobei die Querschnittsfiäche des Heizteils (2) kleiner als die Querschnittsfläche jedes der Elektrodenteile

daß eine elektrisch isolierende Platte (12) zwischen dem Heizteil (2) und dem Boden (II) des Heizelementgehäuses (10) angeordnet ist; daß die beiden Elektrodenteile (6a, 6b) nach unten durch den Boden (U) des Heizelementgehluses (10) hindurchragen und mit Schrauben (16a, i6b) aus elektrisch leitfähigem Material, die in öffnungen (8a, Sb) der Elektrodenteile (6a, 6b) eingeschraubt sind, an dem ersten bzw. zweiten Trägerelement (13a, \3b) festgelegt sind, und

daß das erste Trägerehment (i3a) mit seinem oberen Rand an der Außenseite des Bodens (U) des Heizelementgehäuses (10) befestigt ist.

Die Erfindung betrifft einen Zigarettenanzünder in Steckerform zum Einstecken in eine Fassung am Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges, mit einem Keramik-Heizelement, das einen Heizteil und zwei als Elektroden ausgebildete Enden aufweist, einem Heizelementgehäuse aus elektrisch leitfähigem Material, einem unten am Stecker angeordneten elektrischen Isolator, und am elektrischen Isolator befestigten ersten und zweiten Trägerelementen aus elektrisch leitfähigem Material zur Halterung der beiden Elektroden, wobei das zweite Trägerelement mit einer am Isolator angebrachten elektrisch leitfähigen Niete oder dergleichen elektrisch verbunden ist.

Viele Zigarettenanzünder in Steckerform für Kraftfahrzeuge weisen elektrische Heizelemente aus Metall auf. Neuerdings ist man aber auch dazu übergegangen, statt der elektrischen Heizelemente aus Metall elektrisch leitende keramische Materialien für die Heizelemente zu verwenden, die aufgrund ihrer Feuerbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit als Werkstoff für die elektrischen Heizelemente geeignet sind. Dabei treten jedoch verschiedene praktische Probleme auf.

So ist ein Zigarrenanzünder bekannt, bei dem ein äu

ßerer Umfang eines scheibenförmigen Heizelementes in einem Heizgehäuse aufgenommen und elektrisch mit diesem verbunden ist. Während der Mittelteil des Heizelementes Ober eine metallische Elektrode an eine elektrjsche Stromquelle angeschlossen werden kann (US-PS 4058 701). Ein solcher Zigarettenanzünder hat den Nachteil, daß bei Erwärmung auf die beträchtlichen Betriebstemperaturen (Keramikmaterialien erreichen eine Temperatur von ungefähr 1700⁰C) auch die Metallelek trode auf ähnliche Temperaturen erhitzt wird, wodurch sie */_ B. durch Oberflächenoxidation nichtleitend werden kann. Um dieses Problem zu beseitigen oder zumindest zu vermindern müssen sehr teure Metalle für die Metallelektrode verwendet werden. Außerdem ist es schwierig, bei Preßpulvern von Keramikmaterial eine homogene Zusammensetzung zu erzielen, woraus eine entsprechend ungleichmäßige Erwärmung bei Stromdurchgang und die Gefahr von Rissen im Material aufgrund thermischer Spannungen resultiert.

Ähnliche Probleme thermischer Spannungen und damit von Rissen bestehen bei einem Zigarettenanzünder mit einem zylindrischen Heizteil (DE-AS 10 87 725). Außerdem werden auch bei diesem Zigarettenanzünder die Elektroden wieder eine ähnliche Temperatur wie der Hauptteil aufnehmen, was zu den genannten Problemen von Verzunderung der Elektroden führen kann. Bei diesem Zigarettenanzünder werden auch die Anschlußelektroden mit Druckkräften belastet werden, da sich das zylinderförmige Heizelement bei Erwärmung aus dehnt.

Ein Zigarettenanzünder der eingangs genannten Art (US-PS 16 63 675) weist ebenfalls ein nichtmetallisches Heizelement auf. Dieser Zigarettenanzünder ist verhältnismäßig groß, beansprucht also verhältnismäßig viel Platz. Das Heizelement ist offenbar in die Trägerelementc nur eingeklemmt, so daß hier bei Erwärmung die erwähnten Kontaktprobleme auftreten können, wenn sich die Elektroden auf im wesentlichen die gleiche Temperatur wie der Hauptteil erwärmen und sich die Oberflächen aufgrund dieser Temperaturen chemisch verändern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen wirksam arbeitenden Zigarettenanzünder für Kraftfahrzeuge mit kompakter Größe zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin.

— daß der Heizteil des Kcramikheizelementes die Form eines unterbrochenen Rings mit zwei Enden hat, zwischen denen ein schlitzförmiger Ausschnitt

so gebildet ist und von denen die Elektrodenteile parallel zur Ringachse des Heizteils nach unten ragen, wobei die Querschnittsfläche des Heizteils kleiner als die Querschnittsfläche jedes der Elektrodenteile ist;

— daß eine elektrisch isolierende Platte zwischen dem Heizteil und dem Boden de« Heizelementgehäuses angeordnet ist;

— daß die beiden Elektrodenteile nach unten durch den Boden des Heizelementgehäuses hindurchra-

bo gen und mit Schrauben aus elektrisch leitfähigem Material, die in öffnungen der Elektrodenteile eingeschraubt sind, an dem ersten bzw. zweiten Trägerclement festgelegt sind; und

— daß das erste Trägerelemcnt mit seinem oberen Rand an der Außenseite des Bodens des Heizelementgehäuses befestigt ist.

Das Heizelement ist also nicht mehr wie beim eben

genannten Zigarettenanzünder stangenförmig, sondern hat die Form eines unterbrochenen Ringes. Die Elektroden sind an den Enden des Ringes bei der Aussparung, mit der der Ring unterbrochen ist, angeordnet. Wird hier der Ring festgehalten, so kann er sich offenbar bei Erwärmung ziemlich ungehindert ausdehnen, ohne daß Kräfte auf die Elektroden übertragen werden. Die Elektrodenteile sind auch dicker als der Ring se'bst, so daß die Elektrodenteile eine weniger hohe Temperatur annehmen.

Anders als im Falle des vorbekannten Zigarettenanzünders wird auch nicht das ganze Heizelement mit seinen Anschlüssen vom Heizelementgehäuse umschlossen; die Elektroden ragen vielmehr teilweise nach unten durch den Boden des Heizelementgehäuses hindurch, was dadurch ermöglicht wird, daß die Elektroden weniger heiß werden.

Nicht nur hierdurch wird eine kompaktere Konstruktion erreicht, sondern auch durch die zwiscnen Heizelement und Boden des Heizelementgehäuses angeordnete elektrisch isolierende Platte. Es erfolgt eine bessere Erwärmung des Heizelementgehäuses, so daß der Bimetallschalter in der Fassung am Aramturenbrett bei Erwärmung des Zigarettenanzünders schneller und zuverlässiger ansprechen kann. Diese bessere Wärmeübertragung wird auch aufgrund der Tatsache erreicht, daß das erste Trägerelement mit seinem oberen Rand an der Außenseite des Bodens des Heizelementgehäuses befestigt ist. Schließlich wird durch Festschrauben der Elektroden auch eine bessere elektrische Verbindung als durch ein Einklemmen erreicht.

Es sind zwar Keramikheizelemente bekannt, die ebenfalls die Form eines unterbrochenen Rings haben (US-PS 38 00 057). Hierbei handelt es sich aber um Heizelemente für einen elektrischen Ofen, bei denen überdies die Elektrodenstruktur unterschiedlich ist. Die besonderen Probleme einer niedrigen Elektrodentemperatur, einer zuverlässigen elektrischen Verbindung an den Elektroden, eines guten Wärmeübergangs zum Gehäuse und einer kompakten Größe, wie sie durch den Zigarettenanzünder der Erfindung gelöst werden, sind in dieser Entgegenhaltung nicht angesprochen.

Als Keramikmaterial für das Heizelement des erfindungsgemäßen Zigarettenanzünders kann z. B. SiC(La, Sr), (Co₁Cr)Oj oder dergleichen verwendet werden. Die Mittelöffnung des Rings hat einen viel kleineren Durchmesser als der übliche Durchmesser von Zigaretten.

Da die Elektrodenteile eine größere Querschnittsfläche als der Ring haben (z. B. eine zwei- oder dreimal größere Querschnittsfläche), werden die Elektrodenteile weniger stark erwärmt, so daß Kontaktproblemc wegen chemischer Veränderung der Elektrodenoberfläche vermindert oder verhindert werden.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhund der folgenden Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Keramik-Heizelement zur Verwendung in Zigarettenanzündern gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung;

F i g. 2 das Keramik-Heizelement gemäß F i g. 1 in der schematischen Seitenansicht;

Fig.3 ein Stecker gemäß der vorliegenden Erfindung, teilweise auseinander genommen, in schematischer perspektivischer Ansicht;

F i g. 4 der Stecker gemäß F i g. 3 in der Draufsicht;

F i g. 5 der Stecker im Schnitt entlang der Linie V-V in Fig.4;

F i g. 6 der Stecker gemäß F i g. 3 in der Ansicht von unten;

Fi g. 7 der Stecker im Schnitt entlang der linie VH-VlI in F ig. 4;

Fig. 8 eine andere Ausführungsform eines Heizelementes als in F i g. 1 in schematischer perspektivischer

Darstellung;

Fig.9 eine weitere Ausführungsform des Heizelementes nach F i g. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung. Anzumerken ist, daß in den Figuren gleiche Teile mit

ίο gleichen Bezugsziffern bezeichnet wurden.

In den F i g. 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines elektrischen Heizelements aus keramischen Material gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches in einen Stecker einbaubar ist, welcher in eine

ts Fassung am Armaturenbrett eines Autos eingesteckt werden kann, um dabei einen Zigaretteanzünder zu bilden. Das Keramik-Heizelement 1 ist einstückig als ein Teil aus einem der elektrisch leitfähigen Materialien wie beispielsweise SiC, (La, Sr) (Co, Cr)O₃ und dergleichen, geformt. Das Keramik-Heizelement i umfaßt einen Heizteil 2 in Form eines Ringes mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einer mittleren Bohrung 5 und einem radialen kleinen Spalt 4, der in einem Teil radial ausgebildet ist, und dabei zwei einander gegen überliegende Enden 3a und Zb bildet, und zwei Elektro denteile 6a und 66, die jeweils einen kreissektorförmigen Querschnitt haben und im wesentlichen am Heizteil 2 nach unten und parallel zur Achse O des Heizteils 2 sich erstrecken.

Wie an den beiden Endteilen 6a und 6b zu sehen ist, ist der Querschnitt des Ringteils Z der relativ zur Kreisfläche des Ringteils 2 über Eck abgeschnitten ist, ein Quadrat oder Rechteck. Weiterhin ist im Ringteil 2 die mittlere Durchgangsbohrung S so ausgebildet, daß ihr Durchmesser ausreichend klein verglichen mit dem Durchmesser einer üblichen Zigarette ist Die Elektrodenteile 6a und 6b sind entsprechend behandelt oder mit einer Silberpaste 7 an ihren äußeren Umfangsflächen beschichtet und weisen entsprechende Aussparungen 8a und 8b auf, in denen metallische Elektroden eingesetzt werden können.

Obwohl, wie vorstehend beschrieben, der Heizteil 2 und die beiden Elektrodenteile 6a und 66 einstückig ausgebildet sind, sind die entsprechenden Querschnitt abmessungen, durch die der elektrische Strom fließt, so angeordnet, daß das Verhältnis der Querschnittfläche des Heizelementes 2 zu der des Elektrodenteils 6a oder 6b entweder 1 :2 oder 1 :3 ist. Bezugnehmend auf F i g. 2 ist genauer gesagt die rechteckige Querschnittsso fläche des Heizteils 2, die rechtwinklig entlang der Linie A-A im Schnitt liegt, wesentlich kleiner als jede der fächerförmigen Querschnittsflächen oder die Elektrodenteile 6a und 6b, die dementsprechend quer entlang der entsprechenden Linien B-B und C-C geschnitten sind. Durch die Anordnung der Querschnitte, wie vorstehend beschrieben, wird die für den Heizteil 2 spezifische Stromdichte wesentlich höher als die Stromdichte des Elektrodenteils 6a oder 6Zj. Demgemäß wird der elektrische Widerstand des Heizteils 2 relativ größer als jeder der beiden Elektrodenteile 6a und 6b, wobei in bezug auf die Geschwindigkeit der Hitzeerzeugung das Verhältnis von letzterem zu ersterem entweder 1 :2 oder 1 : 3 wird. Als Ergebnis wird sowohl der Abbau der Paslenbcschichtungauf den entsprechenden Elektroden

bi 6a und 6b als auch die unerwünschte Heizeffekte an den Metallelcktroden (nicht dargestellt), die wie vorstehend beschrieben, jeweils in eine Aussparung eingesetzt sind, woraus ein unerwünschtes nicht leitend sein rrsnltiprt

was sonst häufig durch eine schlechte Verbindung der Metallelektrode zum Elektrodenteil erfolgen kann, vermieden ist. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen sind die Stromwege beider TeIe relativ lang in bezug auf ihre vergleichsweise kleinen Konfigurationen. Genauer gesagt ist der Fluß des elektrischen Stromes auf geeignete Art und Weise eingeschränkt, da der Stromweg des Heizteils 2 so angeordnet ist, daß er einen vergleichsweise kleinen Querschnitt aufweist und vergleichsweise lang ist, wodurch sowohl die außergewöhnliche lokale Hitzeerzeugung im Heizteil 2 als auch das unerwünschte Auftreten von Bruchstellen oder Rissen in und um den Heizteil 2 herum vermieden ist.

In den Fig.3 bis 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Steckers gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, in dem ein Keramik-Heizelement I aufgenommen ist.

Neben dem Keramik-Heizelement umfaßt der Stekker ein Heizergehäuse 10, an dessen Boden 11, insbesondere eine Hälfte abgeschnitten ist, eine Isolierplatte 12, die zwischen dem Heizteil 2 und dem Boden U des Gehäuses 10 angeordnet ist, ein im wesentlichen C-förmiges Trägerelement 13a aus elektrisch leitfähigem Material, welches das Elektrodenteil 6a umschließt, und dieses dabei trägt, ein anderes ungefähr C-förmiges Element 13£> als elektrisch leitfähigem Material, welches das Elektrodenteil 66 umschließt und dabei dieses trägt, und ein Isolierelement 15 mit einer Anschlußschraube 14, einer Niete oder dergleichen in der Mitte.

Der oben beschriebene Stecker wird wie folgt zusammengebaut. Soweit das Keramik-Heizelement 1 betroffen ist, wird der Heizteil 2 zuerst im Inneren des Heizergehäuses 10 so aufgenommen, daß die zwei Elektrodenteile 6a und 6b im wesentlichen nach unten durch eine öffnung 11a, die durch Ausschneiden des Bodens 11, wie oben beschrieben, erzeugt ist, ragen, wobei der Heizteil 2 auf dem Boden 11 positioniert ist Wie vorstehend beschrieben, ist die elektrische Isolierplatte 12 zwischen den Boden 11 und den Heizteil 2 gelegt, um den Heizteil 2 elektrisch vom Heizergehäuse zu isolieren, wenn das Keramik-Heizteil in seiner oben beschriebenen Position liegt. Weiterhin weist die Umfangsfläche des Heizteils einen Spalt zur inneren Umfangsfläche des Heizergehäuses 10 auf, so daß diese nicht einander berühren. Das im wesentlichen C-förmige Glied 13a ist mit seinem oberen Rand an der Rückseite des kreisförmigen Streifens 40 des Bodens 11 befestigt. Der untere Teil des im wesentlichen C-förmigen Elements 13a ist im Isolierelement 15 eingebettet, während ein Teil des unteren Teils, wie oben beschrieben, durch das Innere des Isolierelements 15 geführt und dann nach innen gebogen ist_; um so eine Befestigung an der Rückseite des Isolierelements 15 zu ermöglichen (siehe F i g. 6). Bei der oben beschriebenen Anordnung ist das Heizergehäuse 10 selbst folgerichtig am Isolierelement 15 mit dem C-förmigen Element 13a befestigt An der Umfangsfläche des im wesentlichen C-förmigen Elementes 13a ist eine Gewindedurchgangsbohrung vorgesehen, deren Position mit der Aussparung 8a im Elektrodenteil 6a bei zusammengebautem Stecker übereinstimmt Das Vorderende einer Schraube 16a wird zuerst in die Aussparung 8a durch die Gewindebohrung eingeführt und dann im Inneren der Aussparung 8a des Elektrodenteils 6a festgeschraubt, wodurch der Elektrodenteil 6a zusammen mit dem Heizteil 1 im wesentlichen C-förmigen Trägerelement 13a aufgenommen und befestigt ist

Auf der anderen Seite ist, wie vorstehend bereits beschrieben, ebenfalls ein im wesentlichen C-förmigcs Trägerelcment 136 der Metallelektrode vorgesehen, welches ebenfalls am Isolicrclcmcnt 15 befestigt ist. Ähnlich wie bei der Anordnung des im wesentlichen C-förmigen Trägerelcmcntcs 13a ist beim oben be-

^r> schricbcnen Element 136 eine Gewindedurchgangsbohrung vorgesehen, durch die das Führungsende einer Schraube 166 zuerst in die Aussparung 86 des Elektrodenteiles 66 eingesetzt und dann im Inneren der Aussparung 86 des Elektrodenteils 66 eingeschraubt wird.

to wodurch das Elektrodenteil 66 zusammen mit dem Heizteil 2 im C-förmigen Trägerclement 136 aufgenommen und befestigt ist. Soweit das im wesentlichen C-förmigc Trägerclement 136 betroffen ist, ist jedoch der obere Teil nicht mit dem Heizergehäuse 10 verbunden, wodurch es nicht mit dem Heizergehäuse 10 elektrisch leitend verbunden ist (siehe F i g. 3), während der untere Teil des im wesentlichen C-förmigen Trägerelemenles 136 ebenfalls in das Isolicrelcment 15 eingebettet oder eingesetzt ist. Ein Teil des unteren Teils des oben beschricbencn Elementes 136 ist jedoch durch das Innere des Isolators 15 geführt und dann nach innen entlang der Rückseite des Isolierelcmenls 15 gebogen. Der nach innen gebogene Teil 17 ist am Isolator 15 mit der Anschlußschraube 14 verbunden (siehe F i g. 6). Zusätzlich zu der Anschlußanordnung, wie oben beschrieben, kann alternativ jeder der Elektrodenteile und sein zugehöriges Trägerelement mit jedem anderen verbunden sein, indem der äußere Umfang des Elektrodenteils und der innere Umfang des Trägerteils miteinander verlötet sind.

Bei einem wie oben beschriebenen aufgebauten Stekker verläuft der Stromweg, wie im folgenden beschrieben, wenn der Stecker in eine Fassung am Armaturenbrett eines Autos eingesteckt wird, um dadurch das Heizergehäusc mit den Elektrodengliedern in der Fassung zu kontaktieren und an die elektrische Stromquelle anzuschließen. Der Stromweg ist eine Serienschaltung aus dem Heizergehäuse 10, dem Trägerelement 13a zusammen mit der Elektrode in Form einer Schraube 16a, dem Elcklrodcnteil 6a des Keramik-Heizelementes I, dem Hci/.tcil 2 des Keramik-Heizelementes 1, dem Elektrodcnteil 66 des Keramik-Heizelementes I, dem Trägerelement 136 zusammen mit der Elektrode in Form einer Schraube 166 und der Anschlußschraubc 14, die zweckmäßigerweise weiterhin so angeordnet ist, daß sie eine Serienschaltung mit den oben erwähnten Bauteilen in bekannter Art und Weise bildet, wodurch das Keramik-Heizelement 1 Hitze erzeugt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich des

so Steckers kann dieser durch einen einfachen Arbeitsgang montiert werden und weist weiterhin eine kompakte Bauweise in Form eines Zylinders auf, da die beiden Elektroden 6a und 66 des Keramik-Heizelementes 1 so angeordnet sind, daß sie an der Rückseite des Heizteils 2 im wesentlichen nach unten sich erstrecken und dabei parallel zur Achse O des Heizteils 2, wie bereits beschrieben, liegen.

In den Fig.8 und 9 sind abgeänderte Ausführungsformen des Keramik-Heizelementes 1 gemäß der vor- liegenden Erfindung dargestellt

Das in der F i g. 8 gezeigte Keramik-Heizelement 21 unterscheidet sich von der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform in den folgenden Punkten.
Das Keramik-Heizelement 21 ist mit zwei Elektroden 26a und 266 an beiden Enden des nicht geschlossenen Ringteils 2 versehen, wobei jede der Elektroden 26a und 266 am Außenumfang des Hcizteils 2 vorsteht während die oberen und unteren Flächen der Elektroden in einer

Ebene mit den oberen und unteren Flächen des Heizteiles 2 liegen. Weiterhin sind entsprechende Durchgangsbohrungen 28a und 286 in den Elcktrodenteilen 26a und 266 jeweils in Richtung der Achse O vorgesehen. Die Metallelektroden in Form von Schrauben werden in die entsprechenden Durchgangsbohrungen 28a und 286 eingesetzt. Ähnlich der zuerst beschriebenen Ausführungsform sind selbst bei dieser Ausführungsform die Querschnittabmessungen des Heizteils 2 entlang der Schnittlinie A-A sehr viel kleiner als jede der Querschnittsflächen der Elektrodenteile 26/4 und 266 entlang der entsprechenden Schnittlinien B-B und C-C Dies ist der Fall, da alle Querschnittsflächen senkrecht in bezug auf die Richtung, in der der Strom fließt, ausgerichtet sind. Demgemäß kann, wie bereits vorstehend beschrieben, der Heizteil 2 die Hitze in gleichmäßiger Art und Weise erzeugen, wobei die Entstehung von lokaler außergewöhnlicher Hitze eliminiert ist. Weiterhin ist der Wärmefluß von jedem der Elektrodenteile 26a und 266 beschränkt und relativ kleiner als der des Heizteils 2. Genauer gesagt ist die Temperatur in und um jeden der Elektrodenteile relativ niedriger als die in und um den Heizteil.

Das in der Fig.9 gezeigte Keramik-Heizelement 31 ist nicht wesentlich unterschiedlich zu dem Heizteil 21 der F i g. 8. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch jeder der Elektrodenteile 36a und 366 als eine Schulter an jedem Ende des Heizteils 2 ausgebildet.

Die Oberfläche jedes Elektrodenleils dieser Ausführungsform ist mit einer Silberpaste behandelt oder mit einer Silberpaste bestrichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zigarettenanzünder in Steckerform zum Einstekken in eine Fassung am Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges, mit einem Keramik-Heizelement, das einen Heizteil und zwei als Elektroden ausgebildete Enden aufweist, einem Heizelementgehäuse aus elektrisch leitfähigem Material, einem unten am Stecker angeordneten elektrischen Isolator, und am elektrischen Isolator befestigten ersten und zweiten Trägerelementen aus elektrisch leitfähigem Material zur Haltung der beiden Elektroden, wobei das zweite Trägerelement mit einer am Isolator angebrachten elektrisch leitfähigen Niete od. dgl. elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,