DE3504445A1

DE3504445A1 - Gluehkerze fuer dieselmotoren von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3504445A1
Application number: DE19853504445
Authority: DE
Inventors: Gilberto Mailand/Milano Izzi
Original assignee: Fabbrica Italiana Magneti Marelli SpA; Magneti Marelli SpA
Current assignee: Industrie Magneti Marelli SRL; Marelli Europe SpA
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1985-02-09
Publication date: 1985-09-12
Also published as: FR2560971A1; IT1175444B; ES289973Y; GB8500306D0; ES8604705A1; SE451881B; FR2560971B1; SE8406110L; US4705607A; GB2155543A; ES538964A0; GB2155543B; SE8406110D0; ES289973U; IT8419959A0; DE3504445C2; US4582980A

Description

Anmelder:Fabbrica Italiana Magneti Marelli S.p.A. Piazza S. Ambrogio, 20121 Mailand - Italien

Titel: Glühkerze für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen

Vertreter: Patentanwälte

Dipl.-Ing. S. Schulze Horn M.Sc. Dr. H. Hoffmeister Goldstraße 36 4400 Münster

Glühkerze für· Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem metallischem Hohlkörper, einer darin isoliert geführten Stromzuführung und einer rohrförmigen, mit dem Hohlkörper leitend verbundenen Metallhülse, in der eine Drahtwendel isoliert gelagert ist, deren eines Ende an die Stromzuführung und deren anderes Ende an die Spitze der MetaTlhülse angeschlossen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Wendel.

Bekanntlich werden derartige Glühkerzen zur Vorwärmung der Brennräume von Dieselmotoren verwendet, um dort die für eine Selbstzündung des Dieselkraftstoff-Luft-Gemisches erforderliche Temperatur vor dem Anlassen des Motors zu erzeugen. Hierzu wird die als elektrischer Widerstand wirkende Drahtwendel im Inneren der Metallhülse während einer gewissen Zeitspanne, der Vorglühzeit, von Strom durchflossen, bis die J^etallhülse ausreichend erhitzt ist. Zu Beginn des Vorglühens wird im allgemeinen eine Kontrollanzeige für den Fahrer eingeschaltet, die nach der nötigen Vorglühzeit ausgeschaltet wird. Üblicherweise wird aber noch für eine zusätzliche Zeit, nämlich bis zum Betätigen des Anlassers die Stromzufuhr zu den Glühkerzen fortgesetzt, um eine Abkühlung zu vermeiden. Wird der Anlasser nicht unmittelbar nach dem Ausschalten der Vorglühanzeige betätigt, kann es zu einer Überhitzung mit folgender Beschädigung oder Zerstörung der Drahtwendel der Glühkerze

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kommen.

Um einerseits die Vorglühzeit auf wenige Sekunden zu verringern und andererseits eine schädliche Überhitzung der Drahtwendel zu verhindern, wurden unterschiedliche Windungsformen und -strukturen vorgeschlagen. Besonders zu nennen sind hier Glühkerzen nach den britischen Patenten Nr. 1 127 454· und 2 013 277. In diesen werden Glühkerzen mit Wendeln aus zwei in Reihe geschalteten Drahtwendelabschnitten unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften beschrieben. Einer davon, der Endabschnitt, hat insbesondere die Aufgabe der Erhitzung der Kerze (Heizwendel), während der andere, der Anfangsabschnitt, insbesondere die Aufgabe der Strombegrenzung bei zunehmender Erhitzung hat (Widerstandswendel), wodurch auch während der zusätzlichen Zeit der Stromzufuhr unmittelbar vor dem Anlassen des Motors die Temperatur der Wendel in zulässigen Grenzen bleibt.

Dennoch weisen derartige Glühkerzen Nachteile auf, die besonders in einem sehr hohen Fertigungsaufwand begründet liegen, sich aber auch im Gebrauch bemerkbar machen.

Es ist offensichtlich, daß die Fertigung einer derartigen Glühkerze sehr kostspielig ist, was auf die Verwendung zweier Wendelabschnitte mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften und auf deren erforderliche Verschweißung miteinander zurückzuführen ist. Um eine gute Verschweißung der Enden der beiden Wendelabschnitte zu gewährleisten , müssen die Stirnflächen der Wendelenden exakt voreinandergebracht und -gehalten werden. Wegen der geringen Drahtdurchmesser der Wendel kann die Verschweißung nur durch eine MikfOverschweißung mittels^ Laserschweißgerät erfolgen. Zur Durchführung und / oder Kontrolle der Arbeitsgänge ist wegen der geringen Dimensionen der Wendel ein Monitor oder ein Vergrößerungsgerät erforderlich. Dies bedingt komplizierte und damit teuere Vor-

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richtungen, was zu Lasten der Endkosten der Kerze geht.

Nachteilig ist auch, daß beim Übergang von der Herstellung von Kerzen einer bestimmten Charakteristik zur Herstellung von Kerzen mit einer anderen Charakteristik der Austausch eines oder beider Wendelabschnitte erforderlich ist. Dies bedingt eine aufwendige Vorratshaltung mit unterschiedlichen Wendelabschnitten und einen hohen Aufwand bei Produktionsumstellungen.

Weiterhin nachteilig ist, daß die Schweißstelle in der fertigen Wendel eine Inhomogenität darstellt, an der es zum Beispiel bei nicht vollflächiger Verschweißung und damit Verkleinerung des Leitungsquerschnitts zu kleinräumiger übermäßiger Erhitzung mit der möglichen Folge von mechanischem Bruch oder teilweisem Schmelzen der Wendel kommen kann.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Glühkerze zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und einfach, d.h. insbesondere ohne Schweißstelle in der Wendel, und wirtschaftlich.herstellbar ist, sowie ein Herstellungsverfahren für Glühkerzen anzugeben, das es gestattet, durch einfache Änderungen der Drahtwendelstruktur die elektrisehen und thermischen Eigenschaften der Kerze zu verändern und das es somit ermöglicht, von einer Glühkerzen-Produktionsserie zu einer Serie mit anderer Charakteristik unter Beibehaltung der gleichen Grund-Drahtwendel überzugehen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch eine Glühkerze der eingangs genannten Art, bei der der Draht der Wendel längs eines Anfangsabschnittes der Wendel mit einer elektrisch leitenden Beschichtung einer Dicke s versehen ist, deren spezifischer elektrischer Widerstand gegenüber dem spezifischen elektrischen Widerstand des Drahtes einen sehr viel höheren positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist, sowie durch ein Verfahren zur Herstellung der Wendel, das die folgenden Verfahrens-

schritte aufweist:

(a) Aufbringen einer Schutzschicht elektrisch isolierenden Materials auf einen Endabschnitt des Drahtes der Wendel,

(b) Behandlung der Wendel in einem galvanischen Bad, basierend auf Salzen des Beschichtungsmetalles,

(c) Entfernung der Schutzschicht vom Endabschnitt der Wendel.

Durch die beschriebene Ausführung der Glühkerze wird vorteilhaft erreicht, daß die Wendel aus einem ununterbrochenen Draht ohne Schweißstelle besteht, womit ein vorzeitiges Brechen oder Schmelzen der Wendel nicht mehr zu befürchten ist. Besonders wesentlich ist, daß die erfindungsgemäße Wendel durch den Fortfall der Schweißung mit wesentlich geringerem Aufwand und damit kostengünstiger herstellbar ist.

Gleichzeitig zeigt diese Kerze auch das gewünschte Verhalten, d.h. eine rasche Aufheizung mit folgender Begrenzung des Stromes zur Vermeidung einer Überhitzung. Zu Beginn des Stromflusses durch die Wendel verhält sich nämlich der unbeschichtete Endabschnitt der Wendel als Heizelement und bringt die Spitze der Metallhülse rasch auf eine hohe Temperatur, weil der Stromfluß durch die noch nicht erhitzte Beschichtung auf dem Anfangsabschnitt der Wendel begünstigt wird. Mit zunehmender Temperatur steigt der Widerstand der Beschichtung erheblich an, wodurch die Stromstärke verringert wird, d.h. die Beschichtung wirkt als Widerstandselement oder Strombegrenzung. Dadurch bleibt die Temperatur der Wendel während der gesamten Zeit der Versorgung mit Strom in annehmbaren Grenzen.

In besonders vorteilhafter und ausgepräger Form wird, die beschriebene Wirkungsweise bei einer Ausführung der Glühkerze erreicht, bei der der Draht der Wendel einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand mit einem niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist und vorzugsweise aus einer Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel be-

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steht, und bei der die Beschichtung einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand mit einem hohen Temperaturkoeffizienten besitzt und vorzugsweise aus Nickel besteht. Die genannte Legierung und Nickel weisen sowohl die erforderlichen elektrischen und thermischen Eigenschaften als auch eine gute mechanische Bearbeitbarkeit und Stabilität auf.

Die teilweise Beschichtung der Wendel kann mittels jedes beliebigen geeigneten Verfahrens vorgenommen werden. Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren, das die vorhergehend genannte Verfahrensschritte aufweist. Das Aufbringen der elektrisch isolierenden Schutzschicht auf dem Endabschnitt der Wendel vor dem Galvanisieren dient dazu,eine elektrochemischen Niederschlag des Beschichtungsmetalles auf diesem Wendelabschnitt im Galvanisierbad zu verhindern., während der Niederschlag auf dem nicht mit der Schutzschicht versehenen Anfangsabschnitt ungehindert erfolgt. Nachdem die Schutzschicht während des Galvanisierens ihren Zweck erfüllt hat, wird sie vom Endabschnitt der Wendel entfernt, was sowohl chemisch als auch mechanisch erfolgen kann. Daraufhin wird die Wendel in bekannter Weise in die Metallhülse der Glühkerze eingebracht und dort mit dieser und mit der Stromzuführung verschweißt.

Das Verfahren gestattet eine Veränderung der Abmessungen, d.h. der Länge und Schichtdicke, der leitfähigen Beschichtung und damit der Eigenschaften der Kerze auf einfache Weise. Die Länge des leitend zu beschichtenden Abschnittes der Wendel kann durch Änderung der Länge des mit der Schutzschicht versehenen Abschnittes der Wendel festgelegt werden, die Schichtdicke der leitenden Beschichtung kann durch Änderung der Behandlungsdauer im galvanischen Bad variiert werden. Beispielsweise wird durch Verlängerung des leitend beschichteten Abschnitts der Gesamtwiderstand der Wendel verringert. In diesem Fall wird der Anfangsstrom, der zu Beginn des Vorglühens durch die Kerze fließt, erhöht und damit erhöht sich die Erhitzungsgeschwindigkeit der Glüh-

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kerze. Somit können bei sonst gleichbleibenden Bedingungen, d.h. insbesondere bei gleicher Grundwendel, mittels Veränderung der erwähnten Abmessungen die elektrischen und thermischen Eigenschaften der Kerze verändert und eingestellt werden.

Vorteilhaft enthält das galvanische Bad Nickelsalze, da durch eine galvanische Vernickelung des leitend zu beschichtenden Wendelabschnittes, d.h. des nicht mit der Schutzschicht versehenen Abschnittes, die oben beschriebenen erforderlichen Eigenschaften der leitenden Beschichtung sicher gewährleistet werden.

Die Schutzschicht des Endabschnittes der Wendel, der nicht leitend zu beschichten ist, besteht vorzugsweise aus einem Überzug aus Lack, Harz oder ähnlichen Isolierstoffen und wird zweckmäßig durch Spritzen, Bestreichen oder Eintauchen in ein Bad und anschließendes Verfestigen erzeugt. Eine solche Schutzschicht bietet sowohl die erforderliche elektrische Isolationswirkung als auch eine ausreichende Dichtigkeit und mechanische Festigkeit.

Die Entfernung der Schutzschicht nach dem Galvanisierungsvorgang erfolgt vorteilhaft durch ein Lösungsmittel, da dieses die Metalle der Wendel nicht angreift und keinen mechanischen Aufwand erfordert.

Das Herstellungsverfahren für die Wendel ist offensichtlich mit geringem Aufwand automatisch zu gestalten, da die Wendel in einem laufenden Transportverfahren mit einzelnen Verfahrensschritten nacheinander unterzogen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Glühkerze wird im folgenden anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigen im einzelnen:

Figur 1 eine Glühkerze gemäß der Erfindung, teilweise im

Schnitt,
Figur 2 eine Wendel mit teilweiser Beschichtung für die Glüh-

kerze in vergrößertem Maßstab und

Figur 3 in vergrößertem Maßstab die Wendel im Schnitt entlang der Linie A-A der Figur 2.

,1 Die Glühkerze besteht aus einem metallischem Hohlkörper 1, versehen mit einem Gewinde 2 und einem Sechskant 3. Im Inneren des Hohlkörpers 1 ist eine Stromzuführung 4 isoliert gelagert. Mit dem Hohlkörper 1 ist eine rohrförmige, im dargestellten Ausführungsbeispiel an der Spitze geschlossene Metallhülse 5 leitend verbunden. Das freie Ende der Metallhülse 5 ragt in die Brennkammer des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt), um als Zündelement zu wirken, während die Stromzuführung 4 mit einer Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Im Inneren der Metallhülse 5 ist eine Wendel 7 isoliert gelagert. Das eine Ende der Wendel 7 ist mit der Stromzuführung 4 verbunden, das andere Ende der Wendel 7 ist mit der Metallhülse 5 verbunden. Zur Isolierung dient im dargestellten Ausführungsbeispiel ein gepreßtes Pulver 6 zum Beispiel Manganoxyd. Die Wendel 7 ist unterteilt in einen Anfangsabschnitt L₁ und einen Endabschnitt Lp.

Wie besonders deutlich in Figur 2 zu sehen ist, weist der Anfangsabscnnitt L₁ der Wendel 7 eine Beschichtung 9 auf, während der Endabschnitt L- der Wendel 7 unbeschichtet ist.

Der Schnitt in.Figur 3 schließlich zeigt die Wendel 7 mit einem zentralen Draht 8 des Durchmessers φ, der rundum mit einer leitenden Beschichtung 9 der Dicke s versehen ist.

Lediglich ergänzend und als Beispiel sei erwähnt, daß bei einer Glühkerze mit einer Drahtwendel aus einer Legierung von Eisen, Chrom und Aluminium und einer leitenden Beschichtung mit reinem Nickel bei den Dimensiönsverhältnissen L₁ / L₂ = 5 und s / φ ■S' o,1 die Kerze bei einer Raumtemperatur von +20⁰C die Bezugstemperatur von 850⁰C innerhalb von 4 Sekunden erreicht.

Claims

Patentansprüche

1. Glühkerze für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem metallischem Hohlkörper (1), einer darin isoliert geführten Stromzuführung (4) und einer rohrförmigen, mit dem Hohlkörper (1) leitend verbundenen Metallhülse (5), in der eine Drahtwendel (7) isoliert gelagert ist, deren eines Ende an die Stromzuführung (4) und deren anderes Ende an die Spitze der Metallhülse (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

der Draht (8) der Wendel (7) längs eines Anfangsabschnittes (L₁) der Wendel (7) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung (9) einer DicKe (s) versehen ist, deren spezifischer elektrischer Widerstand gegenüber dem spezifischen elektrischen Widerstand des Drahtes ( 8) einen sehr viel höheren positiven Widerstands-Tempe-

raturkoeffizienten aufweist. ν

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß *> der Draht (8) der Wendel (7) einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand mit niedrigem Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist und vorzugsweise aus einer Legierung aus Eisen, Chrom und Aluminium, besteht, und daß die Beschichtung (9) einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand mit hohem Widerstands-Temperaturkoeffizient aufweist und vorzugsweise aus Nickel besteht.

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3. Verfahren zur Herstellung der Wendel (7) gemäß den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(a) Aufbringen einer Schutzschicht elektrisch isjolierenden Materials auf einem Endabschnitt (L₂) des Drahtes (8) der Wendel (7);

(b) Behandlung der Wendel (7) in einem galvanischen Bad, basierend auf Salzen des Beschichtungsmetalles;

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1 (c) Entfernung der Schutzschicht vom Endabschnitt (L„) der Wendel ( 7) .

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch¹gekennzeichnet, daß ο das galvanische Bad aktivierte Nickelsalze enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht des Endabschnittes (L~) aus einem Überzug aus Lack, Harz oder ähnlichen Isolierstoffen

10 besteht und durch Spritzen, Bestreichen oder Eintauchen in ein Bad und anschließendes Verfestigen erzeugt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Schutzschicht durch

15 ein Lösungsmittel erfolgt.

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