DE3425768A1

DE3425768A1 - Keramik-gluehkerze

Info

Publication number: DE3425768A1
Application number: DE19843425768
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Ito; Katsuhiko Nagoya Aichi Tanaka
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1984-07-12
Publication date: 1985-02-14
Also published as: DE3425768C2; JPS6029517A; JPS6335895B2; US4719331A

Description

-tr.

Keramik-Glühkerze

Die Erfindung betrifft eine Keramik-Glühkerze zum Anlassen einer Diesel(brennkraft)maschine und insbesondere ein Keramik-Glühelement für eine solche Glühkerze.

Eine Dieselmaschine ist bekanntlich bei niedrigen oder tiefen Temperaturen schwer anzulassen. Zur Lösung dieses Problems werden üblicherweise Glühkerzen in die Maschinenzylinder oder in deren Vor(verbrennungs)kammern zur Erhöhung der in diesen herrschenden Temperatur eingebaut. Um ein schnelles Anlassen zu ermöglichen, muß eine Glühkerze Schnellglüheigenschaften besitzen. Im Hinblick auf den in jüngster Zeit zunehmenden Einsatz von Glühkerzen nicht nur für das Anlassen oder Starten, sondern auch während des Maschinenbetriebs zwecks Stabilisierung der Kraftstoffverbrennung in den Zylindern nach dem Anlassen der Maschine sind zudem Verbesserungen der elektrischen und chemischen Standfestigkeit von Glühkerzen dringend geboten.

Aus den genannten Gründen ist eine Keramik-Glühkerze vom Schnellglüh-Typ entwickelt worden, die ein Keramik-Glühelement aus einem gesinterten Keramikkörper und einem in diesen eingebetteten Wolfram-Glühdraht (Glühwendel) aufweist. Wolfram wird dabei deshalb verwendet, weil es einen hohen Schmelzpunkt besitzt und wärmebeständig ist.

-s-

Pig. 1 veranschaulicht in Teilschnittdarstellung ein Beispiel für eine solche bekannte Keramik-Glühkerze 1 mit einem Keramik-Glühelement 3 in Form eines gesinterten Keramikkörpers aus Si₃N und einem Glühdraht 2 in Form einer in den Keramikkörper eingebetteten Wendel. Das Keramik-Glühelement 3 ist am Ende einer Metallumhüllung 4 befestigt, mit welcher das eine Ende des Glühdrahts 2 verbunden ist. Die mit einem Anschlußgehäuse 5 verbundene Metallumhüllung 4 dient als negative Elektrode. Das andere Ende des Glühdrahts 2 ist mit einem Mittenleiter bzw. -kontakt 6 verbunden, der im Anschlußgehäuse 5 festgelegt und diesem gegenüber elektrisch isoliert ist und der als positive Elektrode dient.

Ein Abschnitt 3' des Keramik-Glühelements 3 der Keramik-Glühkerze 1, in den der Glühdraht (Glühwendel) 2 eingebettet ist, ragt über eine Länge 1 aus der Metallumhüllung 4 heraus. Diese Länge 1 beträgt bei einer durch einen 12 V-Sammler gespeisten Glühkerze typischerweise 12-15 mm. Zur Gewährleistung von mechanischer Festigkeit gegen auf die Keramik-Glühkerze einwirkende mechanische Stöße oder Schläge sollte diese Länge möglichst kurz sein. Bei der bekannten Keramik-Glühkerze kann jedoch die Länge 1 nicht verkleinert werden; wenn nämlich das Keramik-Glühelement 3 auf in Fig. 2 gezeigte Weise einfach tiefer in die Metallumhüllung 4 eingesetzt wird, um die Länge 1 des vorstehenden Abschnitts 3¹ auf eine Länge 1- zu verkürzen, so ist ein einer Länge I₂ entsprechender Teil des Glühdrahts des Keramik-Glühelements 3 von der Metallumhüllung 4 umschlossen, was zu einer verringerten Heizleistung des Glühdrahts führt. Außerdem kann dabei der Glühdraht in der Metallumhüllung überhitzt werden, so daß das zur Verbindung des Keramik-Glühelements 3 mit der Me-

Λ- tallumhüllung 4 verwendete Lot-Material schmelzen kann.

Um bei einer mit 24 V betriebenen Keramik-Glühkerze dieselbe Temperatur des Keramik-Glühelements wie bei einem 12 V-Glühelement zu erreichen, muß der Widerstand des Glühdrahts (Glühwendel) etwa das Vierfache des Widerstands beim zuletzt genannten Glühelement betragen. Wenn ein derart großer Widerstand durch Verkleinerung des Glühdraht-Durchmessers von normalerweise etwa 0,2 mm für Betrieb mit 12V erreicht werden soll, muß dieser Durchmesser bei einer 24 V-Glühkerze etwa 0,1 - 0,13 mm betragen. Beim Einbetten eines derart dünnen Glühdrahts in einen Keramikkörper kann der Glühdraht den aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten von Keramik und Glühdraht unvermeidlich auf ihn einwirkenden Torsionsbeanspruchungen nicht standhalten. Wenn dagegen eine Widerstandserhöhung durch Verwendung eines längeren Glühdrahts erreicht werden soll, vergrößert sich die (Vorstands-)Länge 1 des aus dem Ende der Metallumhüllung herausragenden Abschnitts des Keramik-Glühelements unnötig. Beide Maßnahmen sind somit im Hinblick auf die mechanische Festigkeit der Keramik-Glühkerze unbrauchbar.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Keramik-Glühkerze mit einem Keramik-Glühelement, dessen mechanische Festigkeit erheblich verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird als Glühdrahtwerkstoff für das Keramik-Glühelement eine Wolframlegierung verwendet, die mindestens ein Element, wie Kobalt, Molybdän, Rhenium, Thorium, Zirkon und Thoriumoxid, enthält. Eine solche

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Wolframlegierung besitzt einen größeren spezifischen Widerstand als das herkömmlicherweise verwendete reine Wolfram.

Aufgrund der Verwendung eines Glühdrahts aus einer solchen Wolframlegierung kann die Glühwendel im Vergleich zur bisherigen Glühwendel kleiner ausgebildet werden, so daß die Vorstands-Länge 1 des Keramik-Glühelements an der Metallumhüllung verkleinert und damit die mechanische Festigkeit der Keramik-Glühkerze entsprechend verbessert werden kann.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer beispielhaften herkömmlichen Keramik-Glühkerze,

Fig. 2 eine Teilansicht einer der Glühkerze gemäß Fig. 1 ähnlichen Keramik-Glühkerze, deren Keramik-Glühelement gemäß herkömmlicher Technik zwecks Verbesserung seiner mechanischen Festigkeit abgewandelt ist,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der.in der Wolframlegierung enthaltenen Rheniummenge und dem spezifischen Widerstand dieser Legierung und

Fig. 4 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines

Prüfverfahrens für die Bestimmung der mechanischen Festigkeit der Keramik-Glühkerze.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Fig. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Rheniumgehalt einer Wolframlegierung und deren spezifischem Widerstand bei einer Änderung des Rheniumgehalts zwischen 5 und 30 Gew.-%.
5

Bei Verwendung einer aus einer Wolframlegierung mit 15 Gew.-% Rhenium hergestellten Glühwendel für ein mit 12 V betriebenes Keramik-Glühelement entspricht die effektive Länge des Glühdrahts aus der Wolframlegierung ungefähr der Hälfte der Länge eines herkömmlichen Glühdrahts aus reinem Wolfram; die Vorsteh-Länge des Keramik-Glühelements an der Metallumhüllung beträgt daher (ebenfalls) etwa die Hälfte der Länge des bisherigen Glühelements.

Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die an drei herkömmlichen Keramik-Glühkerzen, bei denen die Länge 1 des vorstehenden Abschnitts 3¹ jeweils 15 mm beträgt, sowie drei erfindungsgemäßen Keramik-Glühkerzen zum Vergleich ihrer Beständigkeit gegen mechanische Stöße oder Schläge durchgeführt wurden. Die Versuche erfolgten durch Fallenlassen jeder Keramik-Glühkerze 1 In waagerechter Lage auf den Fußboden 7 (vgl. Fig. 4) und Messen der Höhe H, bei welcher der vorstehende Abschnitt 3¹ der Keramik-Glühkerze 1 bricht.

TABELLE

Herkömmliche Glühkerze

Erfindungsgemäße Glühkerze

Prüfling Nr	L (mm)	1 (mm)	H (m)
1	25	15	1,3
2	25	15	1,1
3	25	15	1,5
1	25	8	4,2
2	25	8	3,8
3	25	8	4,5

Wie aus der obigen Tabelle hervorgeht, ist die Fallhöhe (bis zum Bruch) bei der erfindungsgemäßen Keramik-Glühkerze etwa dreimal so groß wie bei der bisherigen Glühkerze, wodurch die überlegene Stoßfestigkeit der ersteren belegt wird.

25

30

In einem anderen Ausführungsbeispiel einer für eine Betriebsspannung von 24 V ausgelegten Keramik-Glühkerze besteht der Glühdraht aus einer Wolframlegierung mit 25 Gew.-% Rhenium. In diesem Fall kann die Effektivlänge des wendeiförmigen Glühdrahts praktisch derjenigen beim beschrieben Ausführungsbeispiel einer 12 V-Glühkerze gleich sein.

Die erfindungsgemäßen Keramik-Glühkerzen werden einem Wärmewechselversuch unterworfen und zeigen dabei eine überlegene Standfestigkeit.

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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann die Größe des Keramik-Glühelements einer erfindungsgemäßen Keramik-Glühkerze durch Verwendung einer eine bestimmte Zusammensetzung besitzenden Wolframlegierung, die einen größeren spezifischen Widerstand besitzt als der herköinmlicherweise verwendete Glühdraht aus reinem Wolfram, erheblich verringert werden. Aufgrund der Verkleinerung des vorstehenden Abschnitts des Keramik-Glühelements erhält die Keramik-Glühkerze eine hervorragende Stoß- oder Schlagfestigkeit. Darüber hinaus kann der spezifische Widerstand des Glühdrahts aus der Wolframlegierung durch geeignete Wahl der in letzterer enthaltenen Elemente beliebig eingestellt werden. Zur Vergrößerung des Widerstands des Glühdrahts ist es daher nicht nötig, seinen Durchmesser zu verkleinern oder seine Länge zu vergrößern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 1 .ι Keramik-Glühkerze mit einem einen gesinterten Keramikkörper und einen in diesen eingebetteten Glühdraht (2) aus einem Metall eines hohen Schmelzpunkts umfassenden Keramik-Glühelement (3), einer Metallumhüllung (4), an deren"einem Ende das Keramik-Glüh- element (3) so befestigt ist, daß sein Außenendabschnitt über das eine Ende der Metallumhüllung (4) vorsteht, und einem das andere Ende der Metallumhüllung (4) aufnehmenden Anschlußgehäuse (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Glühdraht (2) aus einer Wolframlegierung mit Rhenium, Kobalt, Molybdän, Thorium, Zirkon und/oder Thoriumoxid als Legierungsbestandteil(en) hergestellt ist, wobei die Menge an dem (den) Legierungsbestandteil (en) so groß ist, daß der Glühdraht

(2) einen gewünschten (spezifischen) Widerstand erhält .
2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframlegierung 5 -'30 Gew.-% Rhenium enthält.