DE3441169C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabglühkerze für ein mit flüssi­ gem Brennstoff betriebenes Heizgerät, insbesondere einer Fahr­ zeugzusatzheizung, mit einem stabförmigen Heizelement.

In DE-OS 34 29 262 ist eine Stabglühkerze der vorstehend be­ schriebenen Art angegeben, die für ein mit flüssigem Brenn­ stoff betriebenes Heizgerät, insbesondere einer Fahrzeugzusatz­ heizung, bestimmt ist. Um eine Verkürzung der Aufheizzeit zu erreichen, ohne daß die Einschaltstromspitze unzulässig hoch wird, weist diese Stabglühkerze zwischen dem Heizwiderstand und dem Regelwiderstand eine Masse mit einer eine Verzögerung des Aufheizens des Regelwiderstands durch den Heizwiderstand bewirkenden Wärmekapazität auf. Hierdurch wird erreicht, daß ein hoher Strom länger durch die Heizwendel fließt, so daß die Aufheizung der Heizwendel schneller geschieht. Hierbei wird ein Glührohr der Stabglühkerze über den Umfang hinweg gesehen gleichmäßig aufgeheizt.

Eine ähnliche Stabglühkerze ist aus FR-PS 13 53 699 bekannt, die für Brenngemische bestimmt ist. Auch hierbei wird das stabförmige Heizelement insgesamt erwärmt.

Glühkerzen oder Glühstiftkerzen für Brennkraftmaschinen sind aus DE-OS 28 35 236, DE-OS 32 07 913 und DE-PS 6 11 349 bekannt. Diese Brennkraftmaschinen-Glühkerzen sind hinsicht­ lich ihres Heizelementes derart ausgelegt, daß eine konzen­ trierte Erhitzung eines Flächenbereiches ermöglicht wird. Hierbei soll ein möglichst punktförmiger und in der Nähe der vorderen Spitze im Bodenbereich der Glühstiftkerze liegender Flächenbereich konzentriert aufgewärmt werden, da man bei Brennkraftmaschinen eine möglichst punktförmige Zündung des in dem Brennraum bereits aufbereiteten Gemisches anstrebt. Diese Glühkerzen bzw. Glühstiftkerzen dienen ausschließlich zur Zündung des brennbaren Gemisches im Brennraum. Bei mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizgeräten hingegen wird das brennbare Gemisch aus Brennstoff und Luft erst im Brenn­ raum aufbereitet, so daß die bisher für Brennkraftmaschinen bekannten Glühkerzen oder Glühstiftkerzen die Schwierigkei­ ten bei der Aufbereitung des Gemisches bei Heizgeräten nicht überwinden können.

Bei Heizgeräten, insbesondere bei Fahrzeugzusatzheizungen, wird bei der Verwendung der Glühkerzen der gesamte Raum um die Kerze in der Brennkammer erwärmt. Hierdurch geht viel Heiz­ energie verloren, da eine Aufwärmung auf die zur Verdampfung und Zündung des Brennstoffs notwendige Temperatur erfolgen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabglühkerze der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die zuverlässig und energiesparend eine schnelle Aufheizung einer Verdampfungs­ fläche der Brennkammer eines Heizgerätes ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Stabglühkerze der im Oberbegriff des Anspruches 1 umrissenen Art in Ver­ bindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Stabglühkerze wird jener Flächen­ bereich konzentriert erwärmt, der der Verdampfungsfläche ge­ genüberliegt, so daß man an diesem Bereich eine Zone stärkerer Wärmeabstrahlung erhält, um die Verdampfung an der Ver­ dampfungsfläche zu beschleunigen und eine unnötige Aufwärmung des Brennraumes zu verhindern. Hierdurch kann die elektrische Energie zur Aufheizung der Verdampfungsfläche nennenswert re­ duziert werden, so daß sogar eine Halbierung der bisher er­ forderlichen elektrischen Energie möglich wird. Hierdurch wird ein äußerst energiesparender Betrieb einer Stabglüh­ kerze bei einem Heizgerät ermöglicht, der insbesondere bei Fahrzeugzusatzheizungen von Bedeutung ist, da dort die elek­ trische Energie ausschließlich von der im Fahrzeug einge­ bauten und als Bordnetz dienenden Batterie bereitgestellt werden muß.

Zur Verstärkung der Wärmeabstrahlung liegt das Heizelement gemäß Anspruch 2 nahe an der Oberfläche der Stabglühkerze.

In den Ansprüchen 3 bis 6 sind bevorzugte Ausführungsformen der Oberfläche der Stabglühkerze im Bereich des Heizelements wiedergegeben. Hierdurch läßt sich die vom Heizelement oder den Heizelementen erzeugte und abgestrahlte Wärmeenergie bündeln und sie wird in dieser gebündelten Form auf die ge­ genüberliegende Verdampfungsfläche gerichtet.

Um eine räumlich umfassende Konzentrierung der Wärmeabstrah­ lung zu erreichen, ist gemäß Anspruch 7 das Heizelement auch in Längsrichtung der Stabglühkerze lokal konzentriert ange­ ordnet, so daß sich das Heizelement in Längsrichtung oder Achsrichtung der Stabglühkerze nur in Teilbereichen er­ strecken kann.

In Abhängigkeit von der für die Zündung und Verdampfung be­ nötigten Wärmeenergie kann eine solche Stabglühkerze gemäß Anspruch 8 auch mehrere Heizelemente enthalten, die dann zur Bildung einer Zone konzentrierter Wärmeabstrahlung entspre­ chend lokal konzentriert angeordnet sind.

Bei der Stabglühkerze nach Anspruch 9 wird von einem Aufbau mit einem metallischen Schutzrohr ausgegangen, bei der das Heizelement von einem oder mehreren Heizdrähten gebildet wird.

Nach Anspruch 10 ist dann die Oberfäche des metallischen Schutzrohrs vorzugsweise derart ausgebildet, daß die abge­ strahlte Wärmeenergie gebündelt auf die aufzuheizende Ver­ dampfungsfläche gerichtet wird.

In den Ansprüchen 11 und 12 ist eine Ausführungsvariante ei­ ner Stabglühkerze angegeben, die von einem Keramikkörper ge­ bildet wird, in den das oder die Heizelemente direkt so ein­ gebettet sind, daß man eine konzentrierte Aufwärmung des vor­ bestimmten Flächenbereichs erreicht. Hierbei wird dann die Oberfläche des Keramikkörpers der Stabglühkerze unmittelbar derart gestaltet, daß die abgestrahlte Wärmeenergie gebündelt und konzentriert auf die Verdampfungsfläche abgestrahlt wird. Die Stabglühkerze nach Anspruch 13 wird am Heizgerät mit Hilfe einer Steckverbindung angebracht, um zu gewährleisten, daß der konzentriert aufgewärmte Flächenbereich genau der aufzuheizen­ den Verdampfungsfläche zugeordnet ist, um den konzentriert auf­ gewärmten Flächenbereich optimal zur Aufheizung der Verdampfungs­ fläche zu nutzen. Eine solche Steckverbindung vereinfacht auch den Einbau einer solchen Stabglühkerze.

Vorzugsweise wird die Stabglühkerze mit üblichen PTC-Wider­ ständen gebaut, so daß bei zunehmender Temperatur der Wider­ stand höher und daher der aufgenommene Strom kleiner wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine übliche Stabglüh­ kerze teilweise in Längsschnittdarstellung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer solchen üblichen Stabglühkerze unter Zuordnung zu einer Zündfläche bzw. Verdampfungsfläche,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht einer erfindungs­ gemäßen Stabglühkerze unter Zuordnung zu einer Zündfläche bzw. Verdampfungsfläche,

Fig. 4 eine alternative Ausbildungsform einer Stab­ glühkerze unter Zuordnung zu einer Zündfläche bzw. Verdampfungsfläche in Draufsicht,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante einer Stabglühkerze, und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsvariante einer Stabglühkerze in einer Fig. 5 entsprechenden Ansicht.

In Fig. 1 der Zeichnung ist schematisch eine übliche Stab­ glühkerze in Teilschnittdarstellung gezeigt. Die Stabglüh­ kerze ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Eine solche Stabglüh­ kerze 1 weist eine Anschlußmutter 2 und einen Innenpol 3 auf. Ein Stahlgehäuse 4 trägt ein Einschraubgewinde 5, das als Außengewinde ausgebildet ist. Mit 6 ist eine Abdichtung zwischen einem Anschlußbolzen, der vom Innenpol 3 gebildet wird und einem Glühstab oder einem stabförmigen Heizelement 7 bezeichnet. Der Glühstab 7 weist ein metalli­ sches Schutzrohr 8 auf. Im Innern des metallischen Schutz­ rohrs 8 ist als Heizelement 9 eine Heizwendel 10 angeordnet, die in einer Einbettmasse 11 eingebettet ist, die von ei­ nem keramischen Isoliermaterial gebildet wird.

Aus der in Fig. 2 gezeigten Querschnittsansicht einer sol­ chen üblichen Stabglühkerze 1 ist zu ersehen, daß beim Strom­ durchgang durch das von der Heizwendel 10 gebildete Heizele­ ment 9 vom Glühstab 7 in alle Richtungen Wärme abgestrahlt wird, die gleichmäßig um den Umfang des Glühstabes 7 verteilt ist. Mit 12 ist in Fig. 2 eine Zündfläche oder Verdampfungsfläche angedeutet, wobei mit dieser Zündfläche 12 jener Flächenbereich dargestellt ist, an dem die Zündung und Aufbereitung eines zündwilligen Gemisches aus Brenn­ stoff und Luft erfolgen. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ge­ langt die vom Glühstab 7 abgetrahlte Wärme nur teilweise zur Verdampfungsfläche 12 oder ist auf diese gerichtet, wobei der Anteil dieser auf die Verdampfungsfläche 12 gerichteten abgestrahlten Wärme höchstens die Hälfte der vom Glühstab 7 in alle Rich­ tungen abgegebenen insgesamt abgestrahlten Wärmemenge ist oder weniger. Da dieser restliche Teil der abgestrahlten Wärmemen­ ge keinen Beitrag für den eigentlichen Zündvorgang des zünd­ willigen Gemische leistet, läßt sich die vom Glühstab 7 abgestrahlte Wärmemenge nicht optimal zur Einleitung des Zünd­ vorganges nutzen und es wird viel elektrische Energie zur Auf­ heizung des Heizelements 9 vergeudet.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht eine erste Ausführungsform einer Stabglühkerze nach der Erfindung, die insgesamt mit 20 bezeichnet ist. Auch diese Stabglühkerze 20 weist im Prinzip einen ähnlichen Aufbau wie die Stabglühkerze 1 gemäß Fig. 1 auf. Die anhand von Fig. 1 erläuterten Einzel­ heiten, die mit jenen Einzelheiten bei der Stabglühkerze 20 übereinstimmen, werden daher nachstehend nicht mehr näher erläutert. Mit 21 ist das metallische Schutz­ rohr des Glühstabs bzw. stabförmigen Heizelements 22 der Stabglühkerze 20 bezeichnet. Als Heizelement 23 sind in Fig. 3 mehrere Heizdrähte 24 gezeigt, die an einem Umfangsflächenteil des Glühstabs 22 konzentriert in einer isolierenden Einbettmasse 25 angeordnet sind. Zweck­ mäßigerweise sind diese das Heizelement 23 bildenden Heiz­ drähte 24 möglichst nahe an der Oberfläche 28 der Stabglühkerze 20 bzw. möglichst in der Nähe des metallischen Schutzrohrs 21 des Glühstabs 22 angeordnet. Durch die auf eine bestimm­ te Fläche konzentriert verteilten Heizdrähte 24 des Heiz­ elements 23 weist die Stabglühkerze 20 ei­ nen Flächenbereich 26 mit starker Wärmeabstrahlung auf, während der rest­ liche Umfangsbereich gegebenenfalls auch in Längserstreckung des Glühstabs 22 eine Zone 27 geringer Wärmeabstrahlung bil­ det, da dort keine Heizdrähte 24 vorgesehen sind. Der konzentriert auf­ gewärmte Flächenbereich 26 ist in der Stabglühkerze 20 derart plaziert, daß er der Zündfläche bzw. Verdampfungsfläche 12 unmittelbar gegenüberliegt, so daß die zur Aufheizung des Heizelements 23 erforderliche elektrische Energie weitgehend für die Auf­ heizung der Verdampfungsfläche 12 und daher zur Zündung des zündwilli­ gen Gemisches genutzt werden kann.

Die Stabglühkerze 20 ermög­ licht daher eine optimale Nutzung der zur Aufheizung des Heiz­ elements 23 erforderlichen elektrischen Energie und insbeson­ dere wird eine Vergeudung von Energie und Wärme am Bereich der Stabglühkerze 20 vermieden, der von der Verdampfungsfläche 12 abge­ wandt liegt. Auf diese Weise wird eine energiesparende Zün­ dung eines zündwilligen Gemisches gewährleistet, da die vom Glühstab 22 abgestrahlte Wärme konzentriert auf die Verdampfungsfläche 12 gerichtet wird.

Selbstverständlich kann das Heizelement 23 auch über einen Teil des Umfangs und/oder des Querschnitts des Glühstabs 22 der Stabglühkerze sich erstrecken.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante einer Stabglühkerze 20 a gezeigt. Da die Wärme senkrecht von den jeweiligen Ober­ flächenpunkten abgestrahlt wird, geht bei einer zylindrischen Ausbildung des metallischen Schutzrohres 21 (siehe Fig. 3) noch ein Anteil der vom Heizelement 23 erzeugten Wärme für den eigentlichen Zündvorgang ungenutzt verloren. Zur Verbesserung der Energieausnutzung ist daher das metallische Schutzrohr 21 a an den Flächenbereich 26 a mit starker Wärmeabstrahlung nicht zylindrisch ausgebildet, sondern die Oberfläche 28 a ist im Bereich des Heizelements 23 a wieder dar­ gestellt als ebene Fläche 29 ausgebildet. Diese ebene Fläche 29 liegt der Verdampfungsfläche 12 unmittelbar gegenüber, so daß die vom Heizelement 23 a erzeugte Wärme, wie in Fig. 4 dargestellt, parallel von der ebenen Fläche 29 abgestrahlt und konzentriert auf die Verdampfungsfläche 12 gerichtet wird.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausbildungsform einer Stabglüh­ kerze gezeigt die insgesamt mit 20 b bezeichnet ist. Bei dieser Stabglühkerze 20 b ist die Ober­ fläche des metallischen Schutzrohres 21 b, die der Verdampfungsfläche 12 gegenüberliegt und mit 28 b bezeichnet ist, konkav ausge­ bildet, so daß die vom Heizelement 23 b an diesem Flächenbereich 26 b mit starker Wärmeabstrahlung abgestrahlte Wärme in Richtung auf die Verdampfungsfläche 12 noch gebündelt und konzentriert wird.

In Weiterbildung der Ausbildungsform der Stabglühkerze 20 b nach Fig. 5 kann die Oberfläche 28 b im Bereich des Heiz­ elements 23 b hohlspiegelartig, d. h. kugelförmig, ausgebil­ det sein, um die Bündelungswirkung der abgestrahlten Wärme zu verstärken. In Längserstreckung der Stabglühkerze 20 b kann dann auch eine solche Ausbildung gewählt werden, daß die Oberfläche 28 b im Bereich des Heizelements 23 b ein oder mehrere hohlspiegelförmige Vertiefungen aufweist, so daß an in Längsrichtung der Stabglühkerze 20 b verteilten vorbe­ stimmten Stellen die Wärmestrahlung punktuell konzentriert auf entspechend zugeordnete Stellen der Verdampfungsfläche 12 ge­ richtet wird.

Alle die vorstehend erläuterten Beispiele der Stabglühkerze nach der Erfindung weisen einen Glühstab 22 mit metallischem Schutzrohr 21, 21 a oder 21 b auf. In Fig. 6 ist mit 30 insge­ samt eine Stabglühkerze gezeigt, bei der der Glühstab von einem Keramikkörper 31 gebildet wird, in dem ein oder meh­ rere Heizelemente 32 eingebettet sind. Bei dieser Ausführungs­ form fehlt somit ein metallisches Schutzrohr, wodurch der Aufbau einer solchen Stabglühkerze 30 wesentlich vereinfacht wird. Die Heizelemente 32 sind auch bei dieser Ausführungs­ form in den Kermaikkörper 31 in der Nähe seiner Oberfläche 33 so eingebettet, daß man einen Flächenbereich 34 mit starker und konzen­ trierter Wärmeabstrahlung erhält, die der Verdampfungsfläche 12 gegenüberliegt. Die Oberfläche 33 im Bereich des Flächenbereichs 34 mit starker Wärmeabstrahlung ist hierbei in Form einer gekrümmten Ausnehmung 35 des Keramikkörpers 31 ausgebildet, so daß die abgestrahlte Wärme in Richtung auf die Verdampfungsfläche 12 gebün­ delt wird, um eine effektive und schnelle Aufheizung der Verdampfungs­ fläche 12 zu gewährleisten und um möglichst wenig Verlustener­ gie zu haben.

Selbstverständlich kann die Oberfläche 33 im Berich des Flächenbereichs 34 starker Wärmeabstrahlung bei der Stabglühkerze 30, die aus einem Keramikkörper 31 besteht, auch so ausgebildet wer­ den, wie dies anhand den vorstehend genannten Beispielen nach den Fig. 3 bis 5 erläutert worden ist.

Selbstverständlich können bei allen Ausführungsformen der Stabglühkerze 20, 20 a, 20 b und 30 als Heiz­ elemente mehrerer Heizelemente und/oder mehrere Heizdrähte verwendet werden. Diese Heizelemente können auch in Längs­ erstreckung der Stabglühkerze 20, 20 a, 20 b oder 30 lokal kon­ zentriert angeordnet sein.

Um zu gewährleisten, daß die Stabglühkerze 20, 20 a, 20 b oder 30 der Verdampfungsfläche 12 in ei­ nem Heizgerät beispielsweise einer Fahrzeugzusatzheizung genau zugeordnet ist und dieser in vorbestimmter Weise gegenüberliegöt, ist bei einem solchen Anwendungsfall die Öffnung zum Einbau der Stabglühkerze 20, 20 a, 20 b und die Stabglühkerze selbst derart ausgebildet, daß die Stabglühkerze 20, 20 a, 20 b oder 30 direkt in diese Öffnung eingesteckt wird. Im Gegensatz zu einer Gewindeverbindung in diesem Bereich vereinfacht sich hierdurch der Einbau einer Stabglühkerze als Zündeinrichtung in ein solches Heizgerät. Zweckmäßigerweise wird hierfür eine Steckverbindung gewählt, die so ausgelegt ist, daß die Flächenbereiche 26, 26 a, 26 b oder 34 starker und konzentrierter Wärmeabstrahlung der aufzuheizenden Verdampfungsfläche 12 genau in einer solchen Weise zugeordnet ist, daß dieser Flächenbereich der Verdampfungs­ fläche 12 genau gegenüberliegt. Hierzu können entsprechende Einrichtungen wie Positionierstifte od. dgl. vorgesehen sein.

Die Stab­ glühkerzen 20, 20 a, 20 b und 30 ermöglichen eine optimale Nutzung der ver­ brauchten elektrischen Energie zur Erzeugung von Wärme und im Vergleich zu üblichen Stabglühkerzen ist eine elektrische Energieersparnis von 50% und mehr möglich.

Claims (13)

1. Stabglühkerze für ein mit flüssigem Brennstoff be­ triebenes Heizgerät, insbesondere einer Fahrzeugzusatzheizung, mit einem stabförmigen Heizelement, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur konzentrierten Aufwärmung eines Flächenbereiches (26, 26 a, 26 b, 34), der einer aufzuheizen­ den Verdampfungsfläche (12) als Umfangsbereich gegenüberliegt, das Heizelement (23, 23 a, 23 b, 32) sich über einen Teil des Umfangs und/oder des Querschnitts der Stabglühkerze (20, 20 a, 20 b, 30) erstreckt.

2. Stabglühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Heizelement (23, 23 a, 23 b, 32) nahe an der Oberfläche (28, 28 a, 28 b, 33) der Stabglühkerze (20, 20 a, 20 b, 30) liegt.

3. Stabglühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (28 a) im Bereich des Heiz­ elements (23 a) als ebene Fläche (29) ausgebildet ist (Fig. 4).

4. Stabglühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (28 b) im Bereich des Heizelements (23 b) hohlspiegelartig ausgebildet ist.

5. Stabglühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche (28 b) im Bereich des Heizele­ ments (23 b) konkav ausgebildet ist.

6. Stabglühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche (28 b) im Bereich des Heizele­ ments (23 b) ein oder mehrere hohlspiegelförmige Vertiefungen aufweist.

7. Stabglühkerze nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (23, 23 a, 23 b, 32) auch in Längserstreckung der Stabglühkerze (20, 20 a, 20 b, 30) lokal konzentriert angeordnet ist.

8. Stabglühkerze nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Heizele­ mente (23, 23 a, 23 b, 32) enthält.

9. Stabglühkerze nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Stabglühker­ ze (20, 20 a, 20 b) mit metallischem Schutzrohr (21, 21 a, 21 b) das oder die Heizelemente (23, 23 a, 23 b) von ein oder mehre­ ren Heizdrähten (24) gebildet werden.

10. Stabglühkerze nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche (28, 28 a, 28 b) des Schutzrohrs (21, 21 a, 21 b) entsprechend den Ansprüchen 3 bis 6 ausge­ bildet ist.

11. Stabglühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabglühkerze (30) ein Kera­ mikkörper (31) ist, in den das oder die Heizelemente (32) eingebettet ist oder sind.

12. Stabglühkerze nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche (33) des Keramikkörpers (31) entsprechend den Ansprüchen 3 bis 6 ausgebildet ist.

13. Stabglühkerze nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabglühkerze (20, 20 a, 20 b, 30) mittels einer Steckverbindung derart in einer Brennkammer eines Heizgerätes anordenbar ist, daß der kon­ zentriert aufgewärmte Flächenbereich (26, 26 a, 26 b, 34) der aufzuheizenden Verdampfungsfläche (12) genau zuordenbar ist.