DE3504445C2

DE3504445C2 - Glühkerze für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3504445C2
Application number: DE3504445A
Authority: DE
Inventors: Gilberto Mailand/Milano Izzi
Original assignee: Fabbrica Italiana Magneti Marelli SpA
Current assignee: Industrie Magneti Marelli SRL
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1985-02-09
Publication date: 1986-11-20
Also published as: FR2560971A1; IT1175444B; ES289973Y; GB8500306D0; DE3504445A1; ES8604705A1; SE451881B; FR2560971B1; SE8406110L; US4705607A; GB2155543A; ES538964A0; GB2155543B; SE8406110D0; ES289973U; IT8419959A0; US4582980A

Abstract

Glühkerze für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem metallischen 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, wobei der Draht (8) der Wendel (7) längs eines Anfangsabschnittes (L1) der Wendel (7) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung (9) versehen ist, deren spezifischer elektrischer Widerstand gegenüber dem spezifischen elektrischen Widerstand des Drahtes (8) einen sehr viel höheren positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist.

Description

(a) Aufbringen einer Schutzschicht elektrisch isolierenden Materials auf einem Endabschnitt (Lq) des Drahtes der Wendel;

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

(c) Entfernung der Schutzschicht vom Endabschnitt (L₂) der Wendel.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanische Bad aktivierte Nickelsalze enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht des Endabschnittes (L₂) aus einem Überzug aus Lack, Harz oder ähnlichen Isolierstoffen 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 ein Lösungsmittel erfolgt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem metallischen Hohlkörper, einer darin isoliert geführten Stromzuführung und einer rohrförmigen, mit dem Hohlkörper leitend verbundenen Metallhülse, in der eine Drahtwendel isoliert gelagert ist, die wenigstens über einen Teil ihrer Länge mit einer Beschichtung

versehen ist, und deren eines Ende an die Stromzuführung und deren anderes Ende an die Spitze der Metallhülse 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 Metallhülse ausreichend erhitzt ist. Zu Beginn des Vorglühens wird im allgemeinen eine Kontrollanzeige für den Fahrer eingeschaltet, die nach der nötigen Vorglühzc-it 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 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. Aus der DE-OS 26 33 622 ist eine Glühkerze der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher der Draht der Wendel einen dünnen elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Überzug trägt und sehr nahe oder direkt an der Innenseite der Metalihülse angeordnet ist Durch diese Maßnahme wird zwar eine schnelle Aufheizung der Glühkerze erreicht, es besteht jedoch weiter die Gefahr einer für die Wendel schädlichen Überhitzung bei längerer Vorglühzeit. Die beabsichtigte schnelle Wärmeableitung von der Wendel zur Metailhüise ist nur so lange vorhanden, wie die Metallhülse selbst noch relativ kühl im Vergleich zur Wendel ist Danach nimmt die Wärmeableitung wegen des verminderten Temperaturgradienten zwischen Wendel und Metallhülse sehr stark ab.

Weiterhin zu nennen sind hier Glühkerzen nach den britischen Patenten Nr. 11 27 454 und 20 13 277. 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 (Heizwendle), während der andere, der Anfangsabschnitt, insbesondere die Aufgabe der Strombegrenzung bei zunehmender Erhitzung hat (Widerstandswendel), wodurch auch während der zusätzlichtn 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 Mikroverschweißung 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 teure Vorrichtungen, was zu Lasten der Endkosten der Kerze geht

Nachteilig ist auch, daß beim Obergang 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 Leitungsquerschnittes zu kleinräumiger übermäßiger Erhitzung mit der möglichen Folge von mechanischem Bruch oder teilweisem Schmelzen der Wendei 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 elektrischen 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 die Beschichtung den Draht der Wendel längs eines Anfangsabschnittes der Wendel in einer Dicke s umgibt und bei der die Beschichtung elektrisch leitend ist und einen spezifischen elektrischen Widerstand besitzt, der einen gegenüber dem des spezifischen elektrischen Widerstandes aes Drahtes sehr viel höheren positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist, sowie durch ein Verfahren zur Herstellung der Wendel, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

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.

ίο In besonders vorteilhafter und ausgeprägter 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 besteht, und bei der die Beschichtung einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand mit einem hohen Teroperaturkoeffizienten besitzt und vorzugsweise aus Nickel besteht Die genannte Legierung und Nickel weisen sowohl die erforderlichen elektrischen und f ,rauschen 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 genannten Verfahrensschritte aufweist. Das Aufbringen der elektrisch isolierenden Schutzschicht auf dem Endabschnitt der Wendel vor dem Gaivanisieren dient dazu, einen 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 Wende! 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.

L»as Verfahren gestattet eine Veränderung der Abmessungen, d. h. der Länge und Schichtdicke, der leitfähigen Beschichtung und damit der Eigenschaften der

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

(b) Behandlung der Wenael in einem galvanischen Bad, basierend auf Salzen des Beschichtun.gsmctalles,

(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

Kerze auf einfache Weise. Die Länge des leitend zu beschichtenden Abschnittes der Wendei 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 Ln diesem Fall wird der Anfangsr'roi.i, iier zu Beginn des Vorglühens durch die Kerze fließt, erhöht und damit erhöht sich die Erhitzungsgeschwindigkeit der Glühkerze. Somit können bei sonst gleichbleibenden Bedingungen, d.h. insbesondere bei gleicher Grundwendel, mittels Veränderung der erwähnten Abmessungen die elektrischen und thermisehen Eigenschaften der Kerze verändert und eingestelltwerden,

Vorteilhaft enthält das galvanische Bad Niekelsalze, 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 zeigt im einzelnen

F i g. 1 eine Glühkerze gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 eine Wendel mit teilweiser Beschichtung für die Glühkerze in vergrößertem Maßstab und

Fig.3 in vergrößertem Maßr'.ab die Wendel
Schniu entlang der Linie A-A der F i g. 2.

Die Glühkerze besteht aus einem metallischen 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 Beispie! Manganoxyd. Die Wendel 7 ist unterteilt in einen Anfangsabschnitt L\ und einen Endabschitt L₂.

Wie besonders deutlich in F i g. 2 zu sehen ist, weist der Anfangsabschnitt L₁ der Wendel 7 eine Beschichtung 9 auf, während der Endabschnitt L₂ der Wendel 7 unbeschichtet ist

Der Schnitt in F i g. 3 schließlich zeigt die Wendel 7 mit einem zentralen Draht 8 des Durchmessers 0, 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 Dimensionsverhältnissen L_t/L2 = 5 und s/0 == 0, 1 die Kerze bei einer Raumtemperatur von +20⁰C die Bezugstemperatur von 850⁰C innerhalb von 4 Sekunden erreicht

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Glühkerze für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem metallischen 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, die wenigstens über einen Teil ihrer Länge mit einer Beschichtung versehen ist, und deren eines Ende an die Stromführung (4) und deren anderes Ende an die Spitze der Metallhülse (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (9) den Draht (8) der Wendel (7) längs eines Anfangsabschnittes (L₁) der Wendel (7) in einer Dikke (s) umgibt und daß die Beschichtung (9) elektrisch leitend ist und einen spezifischen elektrischen Widerstand besitzt, der einem gegenüber dem des spezifischen elektrischen Widerstandes des Drahtes (8) sehr viel höheren positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienien aufweist

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 siner 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 besteh:

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