DE3631379A1 - Verfahren und einrichtung zum zufuehren von elektrischem strom zu einem keramikheizer - Google Patents
Verfahren und einrichtung zum zufuehren von elektrischem strom zu einem keramikheizerInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu Keramikheizern,
die beispielsweise als Glühkerzen zur Erleichterung
des Startens eines Dieselmotors verwendet werden.
Nach dem Stande der Technik wird konventionellerweise eine
hohe Spannung V 1 in der anfänglichen Stromzuführungsperiode
an eine keramische Glühkerze für einen Dieselmotor angelegt,
um diese keramische Glühkerze abrupt zu erhitzen, beispielsweise,
um diese Glühkerze in etwa 3 s nach bzw. bei jedem
Starten des Dieselmotors auf etwa 900°C zu erhitzen, wie in
Fig. 12 gezeigt ist. Wenn die Temperatur der Glühkerze etwa
900°C erreicht (bei dieser Temperatur wird der gesinterte Körper
der Glühkerze nicht so beansprucht, daß Risse, Sprünge o. dgl.
entstehen, und die Glühkerze kann eine Zündung bewirken bzw.
fördern), wird eine niedrige Spannung V 2 angelegt, um die
stabile Sättigungstemperatur (etwa 1150°C) aufrechtzuerhalten.
Dann wird die Stromzufuhr gestoppt. Auf diese Weise ist
ein Zyklus des Betriebs der Glühkerze zur Erleichterung des
Startens des Dieselmotors vollendet.
In diesem einen Zyklus oder in der Wiederholung eines solchen
Zyklus während einer verlängerten bzw. weiteren Zeitdauer,
wird generell eine Gleichspannung, deren Polarität
festgelegt ist, von einer Batterie an die Glühkerze angelegt.
Wenn bei dem Verfahren dieser Art zum Zuführen von elektrischem
Strom eine solche Spannung wiederholt angelegt wird,
kommt es zu einer wesentlichen Bewegung bzw. Ausdehnung in
dem gesinterten keramischen Körper, der hocherhitzt wird,
nämlich auf 1150°C oder mehr, was die Erzeugung von Rissen,
Sprüngen o. dgl. in dem gesinterten Keramikkörper zur Folge
hat. Daher ist es schwierig, die Zündkerze bei hohen Temperaturen
zu verwenden.
Generell ist es an sich bekannt, daß die Risse, Sprünge
o. dgl. in dem gesinterten Keramikkörper eines Keramikheizers
einen Bruch des gesinterten Keramikkörpers bewirken und infolgedessen
der Keramikkörper nicht richtig, nicht angemessen
oder überhaupt nicht mehr funktionieren kann, wenn das
geschieht. Das ist ein ernsthaftes Problem bei der Verwendung
von Keramikheizern für Glühkerzen von Dieselmotoren,
da diese Keramikheizer in hohem Maße zuverlässig und dauerhaft
sein müssen. Demgemäß ist es erwünscht, daß ein Keramikheizer
entwickelt und zur Verfügung gestellt wird, bei
dem selbst dann keine Risse, Sprünge o. dgl. in dessen gesinterten
Keramikkörper hervorgerufen werden, wenn dieser
Keramikkörper wiederholt während einer verlängerten bzw.
längeren Zeitdauer verwendet wird.
Es folgt nunmehr eine kurze Zusammenfassung der vorliegenden
Erfindung:
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder eingehend
das vorstehende Problem studiert, um es zu lösen, und
sie haben gefunden, daß das Entstehen von Rissen, Sprüngen
o. dgl. in gesinterten Keramikkörpern in einem Zyklus des
oben erwähnten elektrischen Stromzuführungszyklus oder in
der Wiederholung eines solchen Zyklus während einer verlängerten
bzw. längeren Zeitdauer bei relativ hohen Temperaturen
verhindert wird, wenn man die Richtung des Gleichstroms,
mit dem dieser dem Heizer bei dem bzw. einem ersten Stromzuführungsschritt
zugeführt worden ist, bei dem bzw. einem
zweiten Stromzuführungsschritt in die entgegengesetzte Richtung
umkehrt, oder indem man bei dem zweiten Stromzuführungsschritt
Wechselstrom zuführt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird daher insbesondere die
Aufgabe gelöst, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Zuführen
von elektrischem Strom zu Keramikheizern derart zur
Verfügung zu stellen, daß in dem gesinterten Keramikkörper
des Keramikheizers überhaupt keine Sprünge, Risse o. dgl.
oder nur sehr schwer Sprünge, Risse o. dgl. erzeugt werden,
und daß der Keramikheizer bei hohen Temperaturen wiederholt
verwendet werden kann und daß weiter der elektrische Strom
im Keramikheizer während einer verlängerten bzw. längeren
Zeitdauer bei hohen Temperaturen unter Aufrechterhaltung einer
hohen Dauerhaftigkeit und Betriebszuverlässigkeit des
Keramikheizers bzw. des gesinterten Keramikkörpers zugeführt
werden kann.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zuführen
von elektrischem Strom zu Keramikheizern, die aus Heizwiderständen
bestehen bzw. Heizwiderstände aufweisen, welche
in gesinterten Keramikkörpern eingebettet sind, zur Verfügung
gestellt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß
es einen ersten Stromzuführungsschritt umfaßt, in welchem
den Heizwiderständen Gleichstrom zugeführt wird, und einen
zweiten Stromzuführungsschritt, in welchem die Richtung des
beim ersten Stromzuführungsschritt zugeführten Gleichstroms
umgekehrt ist oder den Heizwiderständen Wechselstrom zugeführt
wird. Mit der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine
Einrichtung zum Erhitzen von Keramikheizern, die aus
Heizwiderständen bestehen bzw. Heizwiderstände umfassen, welche
in gesinterte Keramikkörper eingebettet sind, zur Verfügung
gestellt. Die Einrichtung zeichnet sich dadurch aus,
daß sie einen Gleichstromzuführungskreis bzw. eine Gleichstromzuführungsschaltung
umfaßt, welche in dem ersten Stromzuführungsschritt
Gleichstrom zu den Keramikheizern zuführt;
sowie eine Schalt- bzw. Umschaltschaltung, welche von dem
ersten Stromzuführungsschritt zu dem zweiten Stromzuführungsschritt
derart umschaltet, daß die Richtung des Gleichstroms
bei dem zweiten Stromzuführungsschritt gegenüber der Richtung
des bei dem ersten Stromzuführungsschritt zugeführten
Gleichstroms umgekehrt ist oder welche Wechselstrom zu den
Heizwiderständen zuführt; und eine Leistungsschaltungseinrichtung
bzw. einen Leistungsschalter zum Kontrollieren bzw.
Steuern der Keramikheizer.
Es gibt zwei Arten des Stromzuführungsverfahrens nach der
vorliegenden Erfindung nämlich:
(1) Die Polarität des Gleichstroms in dem Stromzuführungssteuerzyklus
wird umgekehrt.
(2) Es wird von Gleichstrom auf Wechselstrom umgeschaltet.
(Die Richtung des Stroms zu den Heizwiderständen wird
umgekehrt.)
Die Stromzuführungssteuerschaltung des Typs (1) sollte so
aufgebaut sein, daß die Polarität des Gleichstroms, der den
Glühkerzen von einer Batterie zugeführt wird, beispielsweise
von (+) nach (-) oder von (-) nach (+) umgeschaltet wird.
Die Stromzuführungssteuerschaltung des Typs (2) sollte so
aufgebaut sein, daß beispielsweise im anfänglichen oder im
ersten Schritt den Glühkerzen Gleichstrom von der Batterie
zugeführt wird und daß zum Beispiel zur Zeit bzw. zum Zeitpunkt
der Temperatursättigung Wechselstrom von einem Wechselstromgenerator
zugeführt wird. Die Glühkerzen, die für die
Typen (1) und (2) verwendet werden, haben keine den Körper
an Masse anlegenden Anschlüsse. Wenn nämlich durch einen
Anschluß der Körper an Masse gelegt ist, dann ist der Anschluß
fest mit dem negativen Pol (-) verbunden. Infolgedessen
kann die Polarität in diesem Fall nicht verändert
werden.
Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren
der Zeichnung anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsformen
näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Stromzuführungssteuerschaltung nach der vorliegenden
Erfindung, die dazu verwendet wird, eine
Gleichspannung an Glühkerzen mit einem einzigen
Draht bzw. Heizdraht anzulegen;
Fig. 2 eine Stromzuführungssteuerschaltung der vorliegenden
Erfindung, die dazu verwendet wird, Gleichspannung
an Glühkerzen vom Doppeldrahttyp bzw. mit einem
doppelten Heizdraht anzulegen;
Fig. 3 eine Stromzuführungssteuerschaltung nach der vorliegenden
Erfindung, die dazu verwendet wird, Gleichspannung-
Wechselspannung an Glühkerzen mit einem einzigen
Heizdraht anzulegen;
Fig. 4 eine Stromzuführungssteuerschaltung nach der vorliegenden
Erfindung, die dazu verwendet wird,
Gleichspannung-Wechselspannung an Glühkerzen vom
Doppeldrahttyp bzw. mit einem doppelten Heizdraht
anzulegen;
Fig. 5 eine Schnittansicht durch einen Sinterkörper einer
Eindrahtglühkerzen (d. h. einer Glühkerze mit einem
einzigen Heizdraht);
Fig. 6 (a) eine Schnittansicht eines Sinterkörpers einer
Doppeldrahtglühkerze (d. h. einer Glühkerze mit einem
Doppelheizdraht) mit drei Anschlüssen;
Fig. 6 (b) eine Schnittansicht durch einen Sinterkörper einer
Doppeldrahtglühkerze mit zwei Anschlüssen;
Fig. 7 eine Stromzuführungssteuerschaltung nach der vorliegenden
Erfindung, die zur Anwendung einer
Gleichsspannung in Reihen-parallel-Umschaltung an
Eindrahtglühkerzen verwendet wird;
Fig. 8 eine Stromversorgungssteuerschaltung nach der vorliegenden
Erfindung, die zum Anlegen von Gleichspannung
in Reihen-parallel-Umschaltung an Doppeldrahtglühkerzen
verwendet wird;
Fig. 9 eine Stromzuführungssteuerschaltung nach der vorliegenden
Erfindung, die zum Anlegen von Gleichspannung-
Wechselspannung in Reihen-parallel-Umschaltung
an Eindrahtglühkerzen verwendet wird;
Fig. 10 eine Stromzuführungssteuerschaltung nach der vorliegenden
Erfindung, die zum Anlegen von Gleichspannung-
Wechselspannung in Reihen-parallel-Umschaltung
an Doppeldrahtglühkerzen verwendet wird;
Fig. 11 ein Temperaturänderungsverlaufsdiagramm mit zugehörigen
Relaisschaltungssteuermustern zum Vergleich;
verschiedener Ausführungsformen der Erfindung;
Fig. 12 eine Kurvendarstellung, welche die abrupte Temperaturanstiegscharakteristik
und die Temperatursättigungscharakteristik
von generell verwendeten Glühkerzen
veranschaulicht;
Fig. 13 ein grundsätzliches Schaltbild einer entwickelten
bzw. vollständigen und in der Praxis angewandten
Ausführungsform einer Glühkerzenstromzuführungssteuereinrichtung
nach der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 14 einen Teil der elektrischen Schaltung der
Glühkerzenstromzuführungssteuereinrichtung, die in Fig. 13
gezeigt ist.
Es seien nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung in näheren Einzelheiten beschrieben:
Bevor eine solche Beschreibung der Ausführungsformen der
Stromzuführungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung
erfolgt, seien jedoch zunächst zum besseren Verständnis der
Erfindung nachstehend typische Glühkerzen von Dieselmotoren
beschrieben, die für die nachfolgenden Ausführungsformen als
Keramikheizer verwendet werden. Die Fig. 5 zeigt den
Keramikheizerabschnitt einer Einfadenglühkerze (des Typs, der
zwei Anschlüsse hat). Ein einzelner Heizwiderstandsdraht 42
ist in einem Keramiksinterkörper 41 eingebettet. An dem Keramikheizer
ist ein negativer Anschluß 43 und ein positiver
Anschluß 44 vorgesehen. Die Fig. 6 (a) zeigt den Keramikheizerabschnitt
einer Doppeldrahtglühkerze (von dem Typ, der
drei Anschlüsse hat). Zwei Heizwiderstandsdrähte 52 und 53
sind in einem Keramiksinterkörper 51 eingebettet. Ein negativer
(positiver) Anschluß 54, ein positiver (negativer)
Anschluß 55 und ein gemeinsamer Anschluß 56 sind an dem
Keramikheizer vorgesehen. Die Fig. 6 (b) zeigt den Keramikheizerabschnitt
einer Doppeldrahtglühkerze (von dem Typ, welcher
zwei Anschlüsse hat). Zwei Heizwiderstandsdrähte 52 und
53 sind in einem Keramiksinterkörper 51 eingebettet und in
der Nähe der Anschlüsse, wie dargestellt, miteinander verbunden.
Ein negativer (positiver) Anschluß 55 und ein positiver
(negativer) Anschluß 56 sind an dem Keramikheizer vorgesehen.
Diese Glühkerzen werden in der nachstehend beschriebenen
Weise hergestellt. Gemischtes Pulvermaterial, in dem sich
ein Sinterhilfsmittel, wie beispielsweise ein Oxid der Elementgruppe
IIa oder der Elementgruppe IIIa des periodischen
Systems befindet, wird zu Siliziumnitrid (Si3N4) hinzugefügt
und in eine Heißpreßform gefüllt. Die Heizwiderstandsdrähte
(die beispielsweise aus Molybdän oder Wolfram hergestellt
sind, welche einen hohen Schmelzpunkt haben) 42 oder 52 und
53 werden auf bzw. in der Form plaziert. Weiterhin wird das
gemischte Pulvermaterial über den Heizwiderstandsdrähten angeordnet.
Die so erhaltenen Schichten werden unter Temperatur
und hohem Druck zur Ausbildung eines Sinterkörpers gesintert.
Die Oberfläche dieses Sinterkörpers wird geschliffen,
und es werden Anschlüsse 43, 44, 54, 55 und 56 freigelegt.
Auf den Oberflächen der Anschlüsse 43, 44, 54, 55 und
56 werden Elektroden durch Metallisierung, Plattierung oder
Löten bzw. Hartlöten ausgebildet.
Eine Glühkerze wird in der Weise hergestellt, daß man den
Keramikheizer mit einem Metallrohrhalter und externen Verbindungsanschlüssen
(nicht gezeigt) versieht. Die Spitze des
gesinterten Körpers (Heizerabschnitt) bleibt freiliegend.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Stromzuführungseinrichtung
(welche eine Stromzuführungssteuerschaltung umfaßt)
nach der vorliegenden Erfindung, die für Eindrahtglühkerzen
(in denen in jeder ein einziger Heizdraht eingebettet ist
und von denen jede zwei Anschlüsse hat, wie in Fig. 5 gezeigt)
zur Gleichspannungszuführung verwendet wird.
In Fig. 1 sind ein Relais 2 und ein Zwei-Kontakt-Relais 3,
die Umschaltschaltungen bzw. Umschalteinrichtungen bilden,
parallelgeschaltet mit dem positiven (+) Anschluß einer Batterie 1
verbunden, die eine Gleichstromquelle der Gleichstromzuführungsschaltung
der Stromzuführungssteuerschaltung bildet.
Das Relais ist mit den positiven Anschlüssen von Glühkerzen
G 1, G 2, G 3, . . . (nachstehend generell als Glühkerze G bezeichnet)
verbunden. Das Zwei-Kontakt-Relais 3 ist mit dem positiven
Anschluß der Glühkerze G über einen Vorwiderstand 4
verbunden, der ein Temperatursättigungskontroll- bzw. -steuerschaltungselement
bildet. Der negative (-) Anschluß der Batterie
1 ist mit dem negativen Anschluß der Glühkerze G über
den normalerweise geschlossenen Kontakt 5 b eines Zwei-Kontakt-
Relais 5 verbunden, das ein Umschaltungs-Schaltungselement
bildet. Der positive (+) Anschluß der Batterie 1 ist
außerdem mit dem normalerweise offenen Kontakt 5 a des Zwei-Kontakt-
Relais 5 verbunden, und der negative (-) Anschluß der
Batterie 1 ist außerdem mit dem normalerweise geschlossenen
Kontakt 3 b des Zwei-Kontakt-Relais 3 verbunden.
Diese Stromzuführungssteuerschaltung arbeitet in der nachstehend
beschriebenen Weise: Wenn ein Schlüsselschalter (der
zwar in Fig. 1 nicht dargestellt, aber beispielsweise aus
den Fig. 13 und 14 ersichtlich ist) zum Starten eines Motors
gedreht wird, wird das Relais 2, das mit dem Schlüsselschalter
verblockt bzw. zwangsgekoppelt ist, mit diesem
Schlüsselschalter eingeschaltet. In dem nun stattfindenden
ersten Stromzuführungsschritt fließt Strom zu der Glühkerze
G in der Richtung, die durch den in ausgezogener Linie dargestellten
Pfeil I1 angedeutet ist. Die Glühkerze G wird abrupt
erhitzt. Nach einer vorbestimmten Zeit (beispielsweise
3 s) wird das Relais 2 mittels eines Zeitgebers (nicht gezeigt)
ausgeschaltet. Gleichzeitig schaltet das Zwei-Kontakt-
Relais 3 zu dem normalerweise offenen Kontakt 3 a um,
und der Strom von der Batterie 1 wird der Glühkerze über den
Vorwiderstand 4 zugeführt, der ein Temperatursättigungssteuerschaltelement
bildet. In diesem Schritt wird die Glühkerze
G auf eine konstante Sättigungstemperatur (beispielsweise
1150°C) erhitzt. Das Zwei-Kontakt-Relais 3 wird dann
auf den normalerweise geschlossenen Kontakt 3 b umgeschaltet,
und das Zwei-Kontakt-Relais 5 wird auch auf den normalerweise
offenen Kontakt 5 a umgeschaltet, und zwar mittels einer
externen Schaltung (nicht gezeigt) zu einer vorbestimmten
Zeit. Die Polarität der Gleichspannung, die von der Batterie
1 an die Glühkerze G angelegt wird, ist bei diesem
zweiten Stromzuführungsschritt umgekehrt gegenüber der Polarität,
die diese zugeführte Spannung bei dem ersten Stromzuführungsschritt
hat. Als Ergebnis hiervon wird die Stromrichtung
gegenüber der mit dem ausgezogenen Pfeil I1 angedeuteten
Richtung so verändert, daß sie nunmehr die entgegensetzte,
durch den gestrichelten Pfeil I2 angedeutete Richtung
hat. Nach der bzw. einer vorbestimmten Zeit wird das
Zwei-Kontakt-Relais 5 zu dem normalerweise geschlossenen
Kontakt 5 b umgeschaltet, und zwar mittels des Glühkerzenleistungsschalters
einer externen Schaltung. Der Strom zu
der Glühkerze G wird gestoppt, und ein Zyklus ist vollendet.
Es sei hier darauf hingewiesen, daß in den Fig. 1 bis 4
der Zeichnung der normalerweise offene Kontakt mit NO und
der normalerweise geschlossene Kontakt mit NC versehen ist.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Stromzuführungseinrichtung
(welche eine Stromzuführungssteuerschaltung umfaßt)
der vorliegenden Erfindung, die für das Anlegen von
Gleichspannung an Doppeldrahtglühkerzen angewandt wird (also
an Glühkerzen, von denen jede zwei eingebettete Heizdrähte
und drei Anschlüsse hat, wie in Fig. 6 (a) gezeigt.
In Fig. 2 sind ein Relais 12 und ein Zwei-Kontakt-Relais
13, die Umschaltungsschaltelemente bilden, parallel mit dem
positiven (+) Anschluß einer Batterie 11 verbunden, die eine
Gleichstromquelle einer Gleichstromversorgungsschaltung einer
Stromzuführungssteuerschaltung bildet. Das Relais 12 ist
mit den gemeinsamen Anschlüssen von Glühkerzen G 11, G 12, G 13,
. . . (die nachstehend als die Glühkerze G bezeichnet sind)
verbunden. Das Zwei-Kontakt-Relais 13 ist mit dem positiven
Anschluß der Glühkerze G verbunden. Der negative (-) Anschluß
der Batterie 11 ist mit dem negativen Anschluß der
Glühkerze G über den normalerweise geschlossenen Kontakt 14 b
eines Zwei-Kontakt-Relais 14, das ein Umschaltschaltungselement
bildet, verbunden. Der positive (+) Anschluß der Batterie
11 ist außerdem mit dem normalerweise offenen Kontakt
14 a des Zwei-Kontakt-Relais 14 verbunden, und der negative
(-) Anschluß der Batterie 11 ist mit dem normalerweise geschlossenen
Kontakt 13 b des Zwei-Kontakt-Relais 13 verbunden,
dessen normalerweise offener Kontakt 13 a mit dem positiven
Anschluß der Batterie 11 verbunden ist.
Diese Stromzuführungssteuerschaltung arbeitet in der nachstehend
beschriebenen Weise: Wenn das Relais 12 zum Starten
eingeschaltet wird, fließt Strom zu den Heizwiderstandsdrähten
jeder Glühkerze G parallel in der Richtung, die durch
die ausgezogenen Pfeile I1 angegeben ist; das ist der erste
Stromzuführungsschritt. Die Glühkerze G wird abrupt erhitzt.
Nach einer vorbestimmten Zeit (beispielsweise 3 s) wird das
Relais 12 mittels eines Zeitgebers (nicht gezeigt) abgeschaltet.
Gleichzeitig wird das Zwei-Kontakt-Relais 13 zu
dem normalerweise offenen Kontakt 13 a umgeschaltet, und der
Strom von der Batterie 11 wird über den positiven Anschluß
jeder Glühkerze G zu den beiden Heizwiderstandsdrähten jeder
Glühkerze G in der durch die strichpunktierten Pfeile I2
angedeuteten Richtung zugeführt. Die Glühkerze G wird auf eine
konstante Sättigungstemperatur (beispielsweise 1150°C) erhitzt.
Nach einer vorbestimmten Zeit wird das Zwei-Kontakt-
Relais 13 zu dem normalerweise geschlossenen Kontakt 13 b
umgeschaltet, und das Zwei-Kontakt-Relais 14 wird auch umgeschaltet,
und zwar zu dem normalerweise offenen Kontakt
14 a, und zwar geschieht das durch eine externe Schaltung,
und das ist der zweite Stromzuführungsschritt. Als Ergebnis
hiervon wird die Richtung des Stromflusses von der Batterie
11 gegenüber der durch den strichpunktierten Pfeil I2 angegebenen
Richtung in die Richtung umgekehrt, welche durch
die strichpunktierten Pfeile I3 angegeben ist. Nach einer
vorbestimmten Zeit wird das Zwei-Kontakt-Relais 14 mittels
eines Glühkerzenleistungsschalters zu dem normalerweise geschlossenen
Kontakt 14 geschaltet. Der Strom zu der Glühkerze
G wird auf diese Weise gestoppt, und ein Zyklus ist
vollendet.
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Stromzuführungseinrichtung
(die eine Stromzuführungssteuerschaltung umfaßt)
der vorliegenden Erfindung, welche bei Eindrahtglühkerzen
zum Anlegen von Gleichstrom-Wechselstrom-Spannung angewandt
wird. In Fig. 3 ist der positive (+) Anschluß einer Batterie
21, die eine Gleichstromquelle der Gleichstromzuführungsschaltung
bildet, mit den positiven Anschlüssen von Glühkerzen
G 21, G 22, G 23, . . . über den normalerweise geschlossenen
Kontakt 22 a eines Zwei-Kontakt-Relais 22 und ein Relais 23,
das mit einem Motorschlüsselschalter (beispielsweise mit dem
Zündschalter) (nicht gezeigt) verblockt bzw. zwangsgekoppelt
ist, verbunden.
Der negative (-) Anschluß der Batterie 21 ist mit den negativen
Anschlüssen der Glühkerzen G 21, G 22, G 23, . . . über den
normalerweise geschlossenen Kontakt 24 a des Zwei-Kontakt-
Relais 24 verbunden. Außerdem ist ein Anschluß eines Wechselstromgenerators
25, der eine Wechselstromquelle ist, mit
den positiven Anschlüssen der Glühkerzen G 21, G 22, G 23, . . .
über einen Vorwiderstand 26, der ein Temperatursättigungskontroll-
bzw. -steuerschaltungselement bildet, den normalerweise
offenen Kontakt 22 b des Zwei-Kontakt-Relais 22 und
das Relais 23 verbunden. Der andere Anschluß des Wechselstromgenerators
ist mit den negativen Anschlüssen der Glühkerzen
G 21, G 22, G 23, . . . über den normalerweise offenen
Kontakt 24 b des Zwei-Kontakt-Relais 24 verbunden.
Diese Stromzuführungssteuerschaltung arbeitet in der nachstehend
beschriebenen Weise: Wenn ein Schlüsselschalter, wie
beispielsweise ein Zündschalter, (nicht gezeigt) eingeschaltet
wird, um einen Motor zu starten, schaltet das Relais 23,
das mit dem Schlüsselschalter verblockt bzw. zwangsgekoppelt
ist, ein, nachdem die Zwei-Kontakt-Relais 22 und 24 zu den
normalerweise geschlossenen Kontakten 22 a und 24 a geschaltet
worden ist, so daß sich der in Fig. 3 gezeigte Schaltzustand
ergibt. Als erster Stromzuführungsschritt fließt
Gleichstrom von der Batterie 21 zu den bzw. durch die Heizwiderstandsdrähte
der Glühkerzen G 21, G 22, G 23, . . . in der
durch den ausgezogenen Pfeil I1 angedeuteten Richtung. Die
Glühkerzen werden abrupt erhitzt. Nach einer vorbestimmten
Zeit (3 s beispielsweise) werden die Relais 22 und 24 zu den
normalerweise offenen Kontakten 22 b und 24 b mittels eines
Zeitgebers (nicht gezeigt) umgeschaltet. Auf diese Weise
wird die von dem Wechselstromgenerator 25 oder Wechselrichter
25 gebildete Wechselstromquelle mit den Glühkerzen G 21,
G 22, G 23, . . . über den Vorwiderstand 26, der ein Temperatursättigungskontroll-
bzw. -steuerschaltungselement bildet,
verbunden, und es fließt Wechselstrom in der durch den gestrichelten
Doppelpfeil I2 angedeuteten Richtung durch die
Heizwiderstandsdrähte; das ist der zweite Stromzuführungsschritt.
Die Glühkerzen werden auf eine konstante Sättigungstemperatur
(beispielsweise 1150°C) erhitzt. Da die Polarität
der Wechselspannung periodisch zwischen (+) und (-)
wechselt, wird den Glühkerzen G 21, G 22, G 23, . . . Wechselstrom
zugeführt, dessen Polarität periodisch umgekehrt wird.
Nach einer vorbestimmten Zeit wird das Relais 23 ausgeschaltet,
und die Zwei-Kontakt-Relais 22 und 24 werden zu den normalerweise
geschlossenen Kontakten 22 a und 24 a umgeschaltet,
und zwar durch den Glühkerzenleistungsschalter einer externen
Schaltung. Der Strom zu den Glühkerzen wird infolgedessen
gestoppt, und ein Zyklus ist vollendet.
Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Stromzuführungseinrichtung
(die eine Stromzuführungssteuerschaltung umfaßt)
der vorliegenden Erfindung, welche dazu angewandt wird,
Gleichstrom-Wechsel-Spannung zu Doppeldrahtglühkerzen
zuzuführen. In Fig. 4 ist der positive (+) Anschluß einer
Batterie 31, die eine Gleichstromquelle der Gleichstromzuführungsschaltung
ist, mit den mittigen Anschlüssen der
Glühkerzen G 31, G 32, G 33, . . . über ein Relais 33 verbunden,
das ein Umschaltschaltelement bildet. Der negative (-) Anschluß
der Batterie 31 ist mit Masse verbunden. Weiter ist
ein Anschluß eines Wechselstromgenerators 35, der auch ein
Wechselrichter sein kann, und eine Wechselstromquelle bildet,
mit den Anschlüssen (in Fig. 4 sind es die oberen Anschlüsse)
der Glühkerzen G 31, G 32, G 33, . . . über den normalerweise
offenen Kontakt 32 b eines Zwei-Kontakt-Relais 32
verbunden. Der andere Anschluß des Wechselstromgenerators
35 ist mit den anderen Anschlüssen (in Fig. 4 sind es die
unteren Anschlüsse) der Glühkerzen G 31, G 32, G 33, . . . über
den normalerweise offenen Kontakt 34 b eines Zwei-Kontakt-
Relais 34 verbunden. Die normalerweise geschlossenen Kontakte
32 a und 34 a der Zwei-Kontakt-Relais 32 und 34 sind mit
Masse verbunden.
Die Stromzuführungssteuerschaltung funktioniert in der nachstehend
beschriebenen Weise: Wenn das Relais 33 zum Starten
des Motors eingeschaltet wird, fließt Gleichstrom zu den
bzw. durch die Heizwiderstandsdrähte der Glühkerzen G 31, G 32,
G 33, . . . in den durch die ausgezogenen Pfeile I1 angegebenen
Richtungen, da die normalerweise geschlossenen Kontakte 32 a
und 34 a der Zwei-Kontakt-Relais 32 und 34 mit Masse verbunden
sind; das ist der erste Stromzuführungsschritt. Die Glühkerzen
werden abrupt erhitzt. Nach einer vorbestimmten Zeit
(zum Beispiel 3 s) wird das Relais 33 ausgeschaltet (d. h.
also, daß sich seine Kontakte öffnen), und die Relais 32 und
34 werden mittels eines Zeitgebers (nicht gezeigt) zu den
normalerweise offenen Kontakten 32 b und 34 b umgeschaltet.
Jetzt ist der Wechselstromgenerator 35 mit den Glühkerzen
G 31, G 32, G 33, . . . verbunden. Wechselstrom fließt in den beiden
in Reihe geschalteten Heizdrähten jeder Glühkerze in den
durch die strichpunktierten Pfeile I2 angedeuteten Richtungen;
das ist der zweite Stromzuführungsschritt. Die Glühkerzen
werden auf eine konstante Sättigungstemperatur (zum Beispiel
1150°C) erhitzt. Da die Polarität der Wechselspannung
periodisch zwischen (+) und (-) umgekehrt wird, wird den
Glühkerzen G 31, G 32, G 33, . . . wechselnder Strom, dessen
Polarität periodisch umgekehrt wird, zugeführt.
Es wird ein Stromzuführungsverfahren angewandt, das sich von
demjenigen der Ausführungsformen 1 und 2 unterscheidet, und
zwar unter Verwendung von Stromzuführungssteuerschaltungen,
wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind. Im Ausführungsbeispiel
5 (die Umschaltsteuermuster bzw. -verläufe der Umschaltschaltungselemente
des Ausführungsbeispiels 5 sind in
Fig. 11 gezeigt) wird das Relais 2 oder 12 eingeschaltet,
um die Glühkerzen G abrupt zu erhitzen. Nach einer vorbestimmten
Zeit (beispielsweise 3 s) wird das Relais 2 oder
12 mittels eines Zeitgebers (nicht gezeigt) ausgeschaltet.
Das Zwei-Kontakt-Relais 3 oder 13 wird auf den normalerweise
offenen Kontakt 3 a oder 13 a geschaltet. Der Glühkerze G wird
Strom zugeführt, um die vorbestimmte Sättigungstemperatur
aufrechtzuerhalten. Nach einer vorbestimmten Zeit wird das
Relais 3 oder 13 umgeschaltet, um die Stromzufuhr zu stoppen
und den Zyklus zu vollenden. In diesem Zyklus fließt der
Strom unidirektional bzw. in einer Richtung in den Heizwiderstanddrähten
der Glühkerzen. Dieser Zyklus wird als der
erste Stromzuführungsschritt betrachtet. In diesem ersten
Zyklus wird das Relais 5 oder 14 nicht aktiviert.
Der zweite Zyklus beginnt, wenn das Relais 2 oder 12 eingeschaltet
ist. Die Glühkerze G wird abrupt erhitzt. Nach einer
vorbestimmten Zeit (beispielsweise 3 s) wird das Relais
2 oder 12 mittels eines Zeitgebers (nicht gezeigt) ausgeschaltet.
Das Zwei-Kontakt-Relais 3 oder 13 bleibt auf dem
normalerweise geschlossenen Kontakt 3 b oder 13 b, jedoch wird
das Zwei-Kontakt-Relais 5 oder 14 in diesem zweiten Zyklus
zu dem normalerweise geschlossenen Kontakt 5 a oder 14 a umgeschaltet.
Zu dieser Zeit fließt Strom in den Heizwiderstandsdrähten
der Glühkerzen G 1, G 2, G 3, . . . oder G 11, G 12, G 13,
. . . in einer solchen Richtung, die entgegengesetzt der Stromrichtung
des ersten Zyklus ist. Nach einer vorbestimmten
Zeit wird das Relais 5 oder 14 umgeschaltet, um die Stromzuführung
zu der Glühkerze G zu stoppen, und der zweite Zyklus
ist vollendet. In diesem zweiten Zyklus wird das Relais 3
oder 13 nicht aktiviert. Nur das Relais 5 oder 14 wird aktiviert.
In dem Falle der Ausführungsbeispiele 1 oder 2 wird die Richtung
des der Glühkerze G zugeführten Stroms einmal in einem
Zyklus zwischen dem Beginn und dem Aufhören der Stromzuführung
zu der Glühkerze G umgekehrt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
jedoch wird die Richtung des der Glühkerze G
zugeführten Stroms so gesteuert, daß sie in jedem anderen
Zyklus umgekehrt wird.
In dieser Ausführungsform wird vom ersten Stromzuführungsschritt
zum zweiten Stromzuführungsschritt umgeschaltet,
wenn die Richtung des Gleichstroms umgekehrt wird bzw. ist.
Der Schritt kann auch umgeschaltet werden, wenn von Gleichstrom
zu Wechselstrom umgeschaltet wird.
Es sind verschiedene Verfahren des Umschaltens von Gleichstrom
zu Wechselstrom verfügbar. Drei Verfahren werden als
Beispiele genommen: nur ein Mal des Umschaltens von Gleichstrom
zu Wechselstrom, mehrere Male des Umschaltens und kontinuerliche
Verwendung von Wechselstrom, nachdem Gleichstrom
zu Wechselstrom umgeschaltet worden ist. Diese Verfahren
können benutzt werden.
Die Schaltung dieses Ausführungsbeispiels ist praktisch die
gleiche wie diejenige des Ausführungsbeispiels 2, wobei die
Doppeldrahtglühkerze mit drei Anschlüssen, die im Ausführungsbeispiel
2 vorgesehen ist, durch ein Paar von Eindrahtglühkerzen
Ga und Gb ersetzt. In den Fig. 7 und 2 sind
gleichartige Teile mit gleichen bzw. gleichartigen Bezugszeichen
versehen.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, umfaßt das Ausführungsbeispiel 6
mehrere Paare von Eindrahtglühkerzen Ga 1 und Gb 1, Ga 2 und Gb 2, . . .
für das Anlegen von Gleichspannung, wobei anfänglich jedes Paar
von Glühkerzen an die Gleichstromversorgungsbatterie, die
ein Gleichstromversorgungsschaltungselement bildet, parallel
angeschaltet ist, und dann nur zur Zeit der Temperatursättigung
in Reihe. Genauer gesagt ist der positive (+) Anschluß der
die Gleichstromversorgungsquelle bildenden Batterie 11 mit
den gemeinsamen Anschlüssen a der Paare von Glühkerzen Ga 1
und Gb 1, Ga 2 und Gb 2, Ga 3 und Gb 3 . . . über das Relais 12,
das ein Umschaltungsschaltelement bildet, verbunden, und
außerdem ist der positive Anschluß der Batterie 11 mit den
Anschlüssen b der Glühkerzen Ga 1, Ga 2, Ga 3 . . . über den normalerweise
offenen Kontakt 13 a des Zwei-Kontakt-Relais 13,
das ein Umschaltungsschaltelement bildet verbunden. Der negative
(-) Anschluß der Batterie 11 ist mit den Anschlüssen c
der Glühkerzen Gb 1, Gb 2, Gb 3 . . . über den normalerweise geschlossenen
Kontakt 14 b des Zwei-Kontakt-Relais 14, das ein
Umschaltungsschaltelement bildet, verbunden. Weiterhin ist
der negative (-) Anschluß der Batterie 11 mit den Anschlüssen
b der Glühkerzen Ga 1, Ga 2, Ga 3 . . . über den normalerweise
geschlossenen Kontakt 13 b des Zwei-Kontakt-Relais 13 verbunden
, und der positive (+) Anschluß der Batterie 11 ist
mit den Anschlüssen c der Glühkerzen Gb 1, G 2, Gb 3. . . über
den normalerweise offenen Kontakt 14 a des Zwei-Kontakt-Relais
14 verbunden.
Die Funktionsweise dieser Stromzuführungssteuerschaltung sei
nachstehend beschrieben: Wenn das Relais 12 zum Starten eingeschaltet
wird (also in den in Fig. 7 gezeigten Schaltzustand
gebracht wird), wird die Stromzuführungsbatterie 11
(deren positiver (+) Anschluß) parallel zu den Glühkerzen
Ga 1, Gb 1 . . . geschaltet und Strom fließt in den Heizwiderstandsdrähten
der Glühkerzen in der durch die ausgezogenen Pfeile I1
angedeuteten Richtung; das ist der erste Stromzuführungsschritt.
Die Glühkerzen werden abrupt erhitzt. Nach einer
vorbestimmten Zeit (beispielsweise 3 s) wird das Relais 12
ausgeschaltet, und das Zwei-Kontakt-Relais 13 wird mittels
eines Zeitgebers (nicht gezeigt) zu dem normalerweise offenen
Kontakt 13 a aus der in Fig. 7 gezeigten Position heraus
umgeschaltet. Der zweite Stromzuführungsschritt geschieht
in der Weise, daß die Batterie 11 (der positive (+) Anschluß)
in Reihe von den Anschlüssen b zu den Glühkerzen Ga 1, G 2,
Ga 3, . . . und Gb 1, Gb 2, Gb 3, . . . geschaltet wird. Der Strom
fließt in den Heizwiderstandsdrähten der Glühkerzen in der
Richtung, die durch die strichpunktierten Pfeile I2 angedeutet
ist. Die Anschlüsse c der Glühkerzen sind mit dem negativen
Anschluß (-) der Batterie 11 über den normalerweise
geschlossenen Kontakt 14 b des Zwei-Kontakt-Relais 14 verbunden.
Die Glühkerzen werden auf eine konstante Sättigungstemperatur
(beispielsweise 1250°C) erhitzt. In diesem Falle werden,
wie ein Vergleich der Pfeile I1 und I2 in Fig. 7 erkennen
läßt, nur die Polaritäten der Glühkerzen Ga 1, Ga 2,
Ga 3, . . . umgekehrt. Nach einer vorbestimmten Zeit wird das
Zwei-Kontakt-Relais 13 zu dem normalerweise geschlossenen Kontakt 13 b (also
in die in Fig. 7 gezeigte Position) geschaltet, und das
Zwei-Kontakt-Relais 14 wird zu dem normalerweise offenen Kontakt
14 a geschaltet, und Strom von dem positiven (+) Anschluß
der Batterie 11 fließt in den Heizwiderstandsdrähten
der Glühkerzen Ga 1, Gb 1, . . . in der durch die strichpunktierten
Pfeile I3 angedeuteten Richtungen.
Wie die Fig. 8 zeigt, sind in dem Ausführungsbeispiel 7
Paare von Doppeldrahtglühkerzen Ga 11 und Gb 11, Ga 12 und
Gb 12, . . . für das Anlegen von Gleichspannung vorgesehen, wobei
jedes dieser Paare von Glühkerzen anfänglich parallel und
dann zur Zeit der Sättigungstemperatur in Reihe an die als
Gleichstromquelle dienende Batterie 11 angeschaltet ist. Der
Aufbau und die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels 7
sind praktisch die gleichen wie diejenigen des Ausführungsbeispiels
6, da die Einzeldrahtglühkerzen Ga 1, Gb 1, . . . des
Ausführungsbeispiels 6 durch Doppeldrahtglühkerzen Ga 11,
Gb 11, . . . ersetzt sind. In den Fig. 7 und 8 sind gleiche
bzw. gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Infolgedessen ist eine Erläuterung des Ausführungsbeispiels
7 nicht erforderlich, da die Erläuterung des Ausführungsbeispiels
6 in entsprechender Weise gilt.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, sind in dem Ausführungsbeispiel 8
mehrere Paare von Eindrahtglühkerzen Ga 21 und Gb 21, Ga 22 und Gb 22,
. . . für die Anwendung von Gleichstrom-Wechselstrom-Spannung
in Reihen-parallel-Schaltung vorgesehen, wobei jedes Paar
von Glühkerzen in einer anfänglichen Periode parallel an die
als Gleichstromquelle dienende Batterie 21 angeschaltet ist
und wobei jedes Paar zur Zeit der Temperatursättigung in
Reihe an die Wechselstromquelle 25 angeschaltet ist. Der Aufbau
und die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels 8 sind
praktisch die gleichen wie diejenigen des Ausführungsbeispiels
4, da die Doppeldraht-Dreianschluß-Glühkerzen G 31,
. . . jeweils durch Paare von Eindraht-Zweianschluß-Glühkerzen
Ga 21 und Ga 21, . . . ersetzt sind. In den Fig. 4 und 9 sind
gleichartige bzw. gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Daher gilt die Erläuterung des Ausführungsbeispiels
der Fig. 4 entsprechend für das Ausführungsbeispiel
8. Die Glühkerzen Ga 21, Gb 21, . . . haben keine
den Körper an Masse legende Anschlüsse. Wenn ein Anschluß
mit Masse verbunden wäre, dann wäre der Anschluß fest
an die negative (-) Polarität angeschlossen, und seine Polarität
könnte überhaupt nicht geändert werden.
Wie die Fig. 10 zeigt, sind der Aufbau und die Funktionsweise
des Ausführungsbeispiels 9 praktisch die gleichen wie diejenigen
des Ausführungsbeispiels 8, da die Eindraht-Zweianschluß-
Glühkerzen Ga 21, Gb 21, . . . durch Doppeldraht-Zweianschluß-
Glühkerzen Ga 31, Gb 31, . . . ersetzt sind. Daher gilt
für die Erläuterung des in Fig. 10 veranschaulichten
Ausführungsbeispiels sinngemäß die Erläuterung des Ausführungsbeispiels
8 bzw. des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels.
Die Glühkerzen Ga 31, Gb 31, . . . des Ausführungsbeispiels
9 haben keine den Körper mit Masse verbindenden Anschlüsse.
Das Stromzuführungssteuermuster bzw. der Stromzuführungssteuerverlauf
der Schaltungen der Ausführungsbeispiele 6 und
7 wird, wie nachstehend beschrieben, geändert. Wie in Fig. 11
gezeigt ist, wird das Relais 12 zum Starten eingeschaltet.
In dem ersten Stromzuführungsschritt werden die Glühkerzen
Ga 1, Gb 1, . . . oder Ga 11, Gb 11, . . . abrupt erhitzt. Nach einer
vorbestimmten Zeit (beispielsweise 3 s) wird das Relais
12 ausgeschaltet, und das Zwei-Kontakt-Relais 13 wird mittels
eines Zeitgebers (nicht gezeigt) zu dem normalerweise
offenen Kontakt 13 a geschaltet. Der zweite Stromzuführungsschritt
besteht darin, daß Strom zu den Glühkerzen Ga 1, Gb 1,
. . . oder Ga 11, Gb 11, . . . zugeführt wird, um den Temperatursättigungszustand
zu erhalten. Diese zwei Schritte werden
als ein Zyklus ausgeführt, nämlich als der erste Zyklus. Als
nächstes wird das Zwei-Kontakt-Relais 13 zu dem normalerweise
geschlossenen Kontakt 13 b zurückgeschaltet. Das Relais 12
wird dann erneut zum Starten eingeschaltet, und die Glühkerzen
Ga 1, Gb 1, . . . oder Ga 11, Gb 11, . . . werden in dem ersten
Stromzuführungsschritt des nächsten Zyklus abrupt erhitzt.
Nach einer vorbestimmten Zeit (zum Beispiel 3 s) wird das
Relais 12 ausgeschaltet, und das Zwei-Kontakt-Relais 14 wird
mittels eines Zeitgebers (nicht gezeigt) zu dem normalerweise
offenen Kontakt 14 a umgeschaltet. In diesem zweiten Stromzuführungsschritt
des nächsten Zyklus wird Strom zu den Glühkerzen
Ga 1, Gb 1, . . . Ga 11, Gb 11, . . . zugeführt, um den
Temperatursättigungszustand zu erhalten. Dieser Zyklus, der
diese beiden Schritte umfaßt, wird nach dem ersten Zyklus
ausgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Stromzuführung
so gesteuert, daß die Polarität des Stroms, die sich
in dem ersten Zyklus ergibt, in dem nächsten Zyklus umgekehrt
ist, obwohl die Polarität in den Ausführungsbeispielen
6 und 7 in jedem Zyklus umgekehrt wird.
Die Keramik der Keramikheizer, welche für die vorliegende
Erfindung verwendet werden, ist Nichtoxidkeramik, wie beispielsweise
Siliciumnitrid (Si3N4) oder Oxidkeramik, wie
beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3). Das Stromzuführungsverfahren
nach der vorliegenden Erfindung kann bei Heizern
angewandt werden, die aus dieser Vielzahl von Keramiksinterkörpern
hergestellt sind.
Die Stromsteuerverfahren nach den oben erwähnten Ausführungsbeispielen
1 bis 10 wurden dazu verwendet, keramische Glühkerzen
zu testen, die Heizwiderstandsdrähte umfaßten, welche
in Sinterkörpern eingebettet waren, die aus Siliciumnitrid
hergestellt worden waren.
Gemäß dem Temperaturänderungsmuster, das in Fig. 11 gezeigt
ist, wurde das Anlegen der Spannung an die Keramikkerzen
1.000, 2.000, 3.000 und 5.000 Zyklen wiederholt. Die Glühkerzen
wurden dann untersucht, um sie auf die Erzeugung von
Rissen, Sprüngen o. dgl. zu untersuchen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Es wurden 20 Probestücke für jeden Testpunkt verwendet. Die
Glühkerzen wurden in ungefähr 3 s abrupt auf 900°C erhitzt,
und die Kerzentemperatur wurde bei etwa 1150°C in die Sättigung
übergehen gelassen. Die angelegten Spannungswerte sind
in Tabelle 2 aufgelistet.
Keramische Glühkerzen, die in den Ausführungsbeispielen 3
und 4 und in den Ausführungsbeispielen 8 und 9 verwendet
wurden, worin die Strompolarität umgekehrt wurde, und keramische
Glühkerzen, die in einer konventionellen Schaltung
verwendet wurden, worin die Strompolarität nicht umgekehrt
wurde, wurden einem kontinuierlichen Stromzuführungstest
während 300 h bei 1250°C unterworfen. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 3 veranschaulicht.
Es wurde nur Gleichstrom wiederholt an Glühkerzen angelegt,
die in den Fig. 5 und 6a gezeigt sind, und zwar in 1.000,
2.000, 3.000 und 5.000 Zyklen, um Temperaturanstiegstests
auszuführen, ohne daß jedoch die Strompolarität umgekehrt
wurde oder ohne von Gleichstrom zu Wechselstrom umzuschalten.
Die Glühkerzen wurden untersucht, um eine Riß- und Sprungbildung
zu überprüfen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 4
gezeigt.
Es wurden 20 Probestücke für jeden Testpunkt verwendet.
Gleichspannung von 4 V wurde an die in Fig. 5 gezeigten
Glühkerzen angelegt, und Gleichspannung von 14 V wurde an
die in Fig. 6 gezeigten Glühkerzen angelegt. Die Glühkerzen
wurden in etwa 3 s abrupt auf 900°C erhitzt, und die Kerzentemperatur
wurde bei etwa 1150°C in Test I und bei etwa 1250°C
in Test II in die Sättigung gehen gelassen.
In Fig. 13 ist mit dem Bezugszeichen S ein Schlüsselschalter,
beispielsweise ein Zündschloß, bezeichnet.
Dieser Schlüsselschalter S kontrolliert bzw. steuert die
Stromzufuhr zu einem Motorstarter, zu Lampen und anderen
elektrischen Einrichtungen (nicht gezeigt). Der Schlüsselschalter
S funktioniert außerdem als Leistungsschalter zur
Kontrolle bzw. Steuerung der Stromzufuhr zu den Glühkerzen
G 1, . . . G n , wie weiter unten beschrieben.
Mit dem Bezugszeichen B ist eine Gleichstromquelle, also
beispielsweise eine Batterie, der Gleichstromversorgungsschaltung
bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen W ist eine
Strompolaritätsumschalteinrichtung bezeichnet, die eine Umschalt-
Schaltung bildet. Mit dem Schlüsselschalter S verblockt bzw.
zwangsgekoppelt funktioniert diese Umschaltungseinrichtung
W dahingehend, daß sie die Strompolarität umschaltet. Das
Bezugszeichen G (G 1, . . ., G n ) ist keramischen Glühkerzen zugeordnet.
Die Glühkerzen sind in der Weise hergestellt worden
, daß Heizwiderstandsdrähte, die aus einem Metall von hohem
Schmelzpunkt hergestellt sind, beispielsweise aus Wolfram
oder Molydän, in einem Keramikkörper eingebettet worden
sind, beispielsweise in einem Keramikkörper aus Siliciumnitridkeramik,
die überragende elektrische Isolation, Wärmewiderstandsfähigkeit
und mechanische Festigkeit besitzt. Von
den Leitungen, die an dem rückwärtigen Ende installiert bzw.
in Fig. 13 links oben dargestellt sind, wird Strom zu den
Heizwiderstandsdrähten der Glühkerzen zugeführt. Im vorliegenden
Falle sind die Glühkerzen G mit der Strompolaritätsumschaltungseinrichtung
W verbunden.
Die Stromzuführungseinrichtung, welche den vorstehend beschriebenen
grundsätzlichen Aufbau hat, funktionierit in der
nachstehend beschriebenen Weise. Wenn der Schlüsselschalter
S vor dem Starten des Motors so betätigt wird, daß er auf
die EIN-Position des Vorerhitzungskontakts eingestellt wird
(die in Fig. 13 und 14 mit ON bezeichnet ist), dann wird Strom von
der Gleichstromquelle B zu den Glühkerzen über den geschlossenen
Kontakt der Umschaltungseinrichtung W zugeführt, was
der erste Stromzuführungsschritt ist. Die in den entsprechenden
Motorzylindern installierten Glühkerzen fahren fort, die
Motorzylinder zu erwärmen. Die Glühkerzen G fahren außerdem
fort, die Zylinder während einer erforderlichen Periode
selbst dann zu erwärmen, nachdem der Motor gestartet worden
ist, so daß der Motor in den Frühstadien des Betriebs richtig
bzw. angemessen arbeiten kann. Wenn der Schlüsselschalter
S in die AUS-Position des Vorerhitzungskontakts eingestellt
wird, wird die Polarität des von der Umschaltungseinrichtung
W zu der Last (Glühkerzen G) zugeführten Stroms umgekehrt,
und zwar verblockt bzw. zwangsweise gekoppelt mit
dem Betrieb des Schlüsselschalters S. Wenn der Schlüsselschalter
in die EIN-Position des Vorerhitzungskontakts eingestellt,
wird, damit der Motor gestartet wird, fließt Strom
von der Gleichstromquelle B zu den Glühkerzen G, und zwar
erfolgt diese Stromzufuhr als zweiter Stromzuführungschritt.
Die Polarität des Stroms ist nun entgegengesetzt gegenüber
derjenigen des Stroms, der bei dem ersten Stromzuführungsschritt
zugeführt worden ist.
Die vorstehend beschriebene Umschaltungseinrichtung W schaltet
die Strompolarität um, wenn der Schlüsselschalter in die
AUS-Position des Vorerhitzungskontakts eingestellt wird. Die
Umschaltungseinrichtung kann umgeschaltet werden, wenn der
Schlüsselschalter in die EIN-Position des Vorerhitzungskontakts
eingestellt ist bzw. wird.
Die Fig. 14 zeigt in näheren Einzelheiten einen Teil der
in Fig. 13 veranschaulichten Stromzuführungseinrichtung
nach der vorliegenden Erfindung. In Fig. 14 wird ein Schalter
Sa eingeschaltet, wenn der Schlüsselschalter S auf die EIN-
Position des Vorerhitzungskontakts eingestellt wird. Eine
Solenoideinrichtung Sb wird aktiviert, um einen Schalthebel
L angezogen zu halten. Während dieser Zeitdauer wird Strom
von der Gleichstromquelle B zu den Glühkerzen G über den
Kontakt zugeführt, der durch den vorhergehenden Vorerhitzungsvorgang
eingestellt worden ist. Die Glühkerzen G heizen
die Motorzylinder, damit der Motor gestartet werden kann und
damit ein angemessener Motorbetrieb gefördert bzw. sichergestellt
wird.
Wenn der Schlüsselschalter S auf die AUS-Position des
Vorerhitzungskontakts eingestellt wird, wird der Strom zu den
Glühkerzen G gestoppt bzw. abgeschaltet. Der Schalter Sa
wird auch ausgeschaltet, und das Solenoid Sb wird entaktiviert.
Der Hebel L wird durch eine Feder Sd in die Position
zurückgezogen, die mit strichpunktierten Linien dargestellt
ist. Der Kontakt der Umschalteinrichtung W wird so umgeschaltet,
daß die Polarität des das nächste Mal zuzuführenden
Stroms richtig erhalten wird.
Demgemäß ist die Schalt- bzw. Umschalteinrichtung W so aufgebaut,
daß der Strompolarität umschaltende Kontakt bzw.
das die die Strompolarität umschaltenden Kontakte jedesmal
dann geschaltet wird bzw. werden, wenn der Hebel L in die
Position zurückkehrt, die durch die strichpunktierte Linie
angedeutet ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Umschalteinrichtung
W jedesmal umgeschaltet, wenn der Schlüsselschalter
S in die EIN-Position des Vorheiz- bzw. Vorerhitzungskontakts
eingestellt ist. Die Umschalteinrichtung W kann
auch mehr als einmal umgeschaltet werden, wenn der Schlüsselschalter
in EIN-Position des Vorheiz- bzw. Vorerhitzungskontakts
eingestellt wird.
Wie man aus der Beschreibung der obigen Ausführungsbeispiele
und der Vergleichsbeispiele ersieht, wurden die Glühkerzen,
welche durch die Stromzuführungsverfahren nach den Ausführungsformen
1 bis 10 und das kontinuierliche Stromzuführungsverfahren
nach dem Testbeispiel 2 gesteuert bzw. betätigt
worden sind, worin die Strompolarität in den Temperaturanstiegs-
und -abfallzyklen umgekehrt wurde, selbst dann, wenn
die Temperatur wiederholt bis auf einen hohen Temperaturwert
von 1150°C erhöht wurde, nicht einer Riß- oder
Sprungbildung ausgesetzt bzw. es kam bei diesen Glühkerzen
nicht zu einer Riß- oder Sprungbildung. Andererseits kam es
bei einer großen Anzahl von Probeexemplaren der Glühkerzen,
denen nur Gleichstrom ohne Änderung der Polarität zugeführt
wurde, zu Riß- und Sprungbildungen. In dem kontinuierlichen
Stromzuführungstest kam es bei den Glühkerzen, die durch die
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gesteuert bzw. betätigt
wurden, nicht zu einer Riß- oder Sprungbildung, als
diese Glühkerzen auf eine hohe Temperatur von 1250°C erhitzt
wurden. Es war, wie sich gezeigt hat, dagegen unvermeidbar,
daß es bei den Glühkerzen, die durch das konventionelle
Steuer- bzw. Betätigungsverfahren gesteuert bzw. betätigt
wurden, zu Riß- und Sprungbildungen kam.
Ein Keramikheizer, in dem ein Metalldraht, der einen hohen
Schmelzpunkt und aus Molybdän oder Wolfram hergestellt ist,
als ein Heizwiderstandsdraht eingebettet ist, wird heißgepreßt
und in den oben erwähnten Ausführungsbeispielen verwendet.
Jedoch ist es für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich,
daß die Stromzuführungsverfahren und -einrichtungen
nach der vorliegenden Erfindung bei allen Arten von
Keramikheizern anwendbar sind, beispielsweise bei einem Keramikheizer,
der durch Aufbringen einer Beschichtung einer
metallischen Paste, die einen hohen Schmelzpunkt hat, auf
eine Rohkeramikplatte, Bedecken der beschichteten Oberfläche
mit einer Rohkeramikplatte oder einer halbgesinterten Keramikschicht
und durch Sintern derselben bzw. dieser Anordnung
zu einem Stück, hergestellt ist.
Es können auch quadratische oder rechteckige Wellen als
Wechselstrom verwendet werden, obwohl ein normaler Wechselstrom,
insbesondere ein Sinuswellenwechselstrom, in den vorstehenden
Ausführungsbeispielen verwendet worden ist.
Wie verstehend beschrieben, zeichnet sich das Verfahren und
die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Zuführen
von elektrischen Strom zu Keramikheizern, die Heizwiderstände
enthalten, welche in gesinterten Keramikkörpern eingebettet
sind, dadurch aus, daß Gleichstrom von einer Gleichstromversorgungsschaltung
in einem ersten Stromzuführungsschritt
zugeführt wird und daß die Richtung des Gleichstroms, welcher
in dem ersten Stromzuführungsschritt den Heizwiderständen
zugeführt wird, durch eine Umschaltschaltung umgekehrt
wird, so daß der Gleichstrom in dem zweiten Stromzuführungsschritt
eine gegenüber dem ersten Stromzuführungsschritt umgekehrte
Polarität hat, oder daß in dem zweiten Stromzuführungsschritt
Wechselstrom zugeführt wird. Durch dieses Verfahren
und diese Einrichtung wird eine Rißbildung, Sprungbildung
o. dgl. der gesinterten keramischen Körper selbst
dann ausgeschaltet oder beträchtlich vermindert, wenn die
Heizer bzw. Keramikheizer wiederholt während einer langen
Zeit bei hohen Temperaturen verwendet werden.
Als Ergebnis hiervon wird die Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit
der Keramikheizer in hohem Maße verbessert.
Claims (19)
1. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einem
Keramikheizer, der einen Heizwiderstand umfaßt, welcher
in einen Keramiksinterkörper eingebettet ist, um den Heizwiderstand
zu erhitzen, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren einen ersten Stromzuführungsschritt umfaßt,
in welchem dem Heizwiderstand (42, 52, 53) Gleichstrom zugeführt
wird, und einen zweiten Stromzuführungsschritt, in welchem
die Richtung des Gleichstroms gegenüber der Richtung
im ersten Stromzuführungsschritt umgekehrt ist, oder in welchem
dem Heizwiderstand (42, 52, 53) Wechselstrom zugeführt
wird.
2. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einen
Keramikheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und zweite Stromzuführungsschritt
aufeinanderfolgend in einem Zyklus ausgeführt werden,
der eine Periode zwischen Start und Stopp der Stromzuführung
umfaßt oder ist.
3. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einem
Keramikheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und zweite Stromzuführungsschritt
abwechselnd in jedem anderen Zyklus bzw. in je einem
Zyklus ausgeführt werden und daß ein Zyklus eine Periode
zwischen Start und Stopp der Stromzuführung umfaßt oder ist.
4. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einem
Keramikheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Keramikheizer eine Dieselmotor-
Glühkerze (G) vom Sättigungstemperaturtyp ist, die in einer
anfänglichen Stromzuführungsperiode bzw. -zeitdauer abrupt
auf einen hohen Temperaturbereich bzw. auf eine hohe Temperatur
erhitzt wird, worin bzw. bei der eine Kraftstoffzündung
möglich ist, und die dann für eine vorbestimmte Periode
bzw. Zeitdauer bzw. während einer vorbestimmten Periode bzw.
Zeitdauer auf eine vorbestimmte Sättigungstemperatur erhitzt
wird, bis die Stromzuführung gestoppt wird.
5. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einem
Keramikheizer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und zweite Stromzuführungsschritt
in einem Zyklus ausgeführt werden, der eine Periode
bzw. Zeitdauer zwischen der anfänglichen Stromzuführungsperiode
bzw. Zeitdauer und dem Stoppen der Stromzuführung umfaßt
oder ist.
6. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einem
Keramikheizer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und zweite Stromzuführungsschritt
abwechselnd in jedem anderen Zyklus bzw. in je einem
Zyklus ausgeführt werden, wobei ein Zyklus eine Periode bzw.
Zeitdauer zwischen der anfänglichen Stromzuführungsperiode
bzw. -zeitdauer und dem Stoppen der Stromzuführung umfaßt oder ist.
7. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Keramikheizer wenigstens ein Paar von Dieselmotor-Glühkerzen
(G) vom Temperatursättigungstyp ist bzw. umfaßt, die in einer
anfänglichen Stromzuführungsperiode bzw. -zeitdauer parallelgeschaltet
sind und abrupt auf einen hohen Temperaturbereich
bzw. eine hohe Temperatur erhitzt werden, worin bzw.
bei welcher eine Kraftstoffzündung möglich ist, und die dann
in Reihe geschaltet und für eine vorbestimmte bzw. während einer
vorbestimmten Periode bzw. Zeitdauer auf eine vorbestimmte Sättigungstemperatur
erhitzt werden, bis die Stromzuführung gestoppt wird.
8. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einem
Keramikheizer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und zweite Stromzuführungsschritt
in einem Zyklus ausgeführt werden, der eine Periode
bzw. Zeitdauer zwischen der anfänglichen Stromzuführungsperiode
bzw. -zeitdauer und dem Stoppen der Stromzuführung
umfaßt oder ist.
9. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einem
Keramikheizer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und zweite Stromzuführungsschritt
abwechselnd in jedem anderen Zyklus bzw. in je einem
Zyklus ausgeführt werden, wobei ein Zyklus eine Periode bzw.
Zeitdauer zwischen der anfänglichen Stromzuführungsperiode bzw. -zeitdauer
und dem Stoppen der Stromzuführung umfaßt oder ist.
10. Verfahren zum Zuführen von elektrischem Strom zu einem
Keramikheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wechselstrom normaler
Wechselstrom, insbesondere sinusförmiger Wechselstrom,
ist.
11. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer, der einen Heizwiderstand umfaßt, welcher
in einem Keramiksinterkörper eingebettet ist, um den
Heizwiderstand zu erhitzen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung einen Gleichstromzuführungskreis
bzw. eine Gleichstromzuführungsschaltung umfaßt, der
bzw. die dem Keramikheizer (G) in einem ersten Stromzuführungsschritt
Gleichstrom zuführt; sowie eine Umschaltschaltung
(2, 3, 5; 12, 13, 14; 22, 23, 24; 32, 33, 34), welche in einem
zweiten Stromzuführungsschritt die Richtung des Stroms des
ersten Zuführungsschritts umkehrt oder Wechselstrom zu dem
Heizwiderstand (42, 52; 53) zuführt bzw. welche in einem zweiten
Stromzuführungsschritt Gleichstrom mit einer gegenüber
dem ersten Stromzuführungsschritt umgekehrten Stromrichtung
oder Wechselstrom zu dem Heizwiderstand (42, 52, 53) zuführt;
und einen Leistungsschalter (S) für den Keramikheizer (G).
12. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Keramikheizer eine Dieselmotor-
Glühkerze (G) ist und daß die Stromzuführungseinrichtung
einen Leistungsschalter (S) und einen Stromzuführungskreis
bzw. eine Stromzuführungsschaltung umfaßt, der bzw. die
Gleichstrom zum abrupten Erhitzen der Glühkerze (G) auf einen
hohen Temperaturbereich bzw. auf eine hohe Temperatur,
in dem bzw. bei der eine Kraftstoffzündung möglich ist, in
der anfänglichen Stromzuführungsperiode bzw. -zeitdauer in
dem ersten Stromzuführungsschritt zu der Glühkerze (G) zuführt;
eine Temperatursättigungskontroll- bzw. -steuerschaltung,
welche die Glühkerzentemperatur auf einen vorbestimmten
Wert sättigt; und eine Umschaltschaltung (2, 3, 5; 12,
13, 14; 22, 23, 24; 32, 33, 34), welche die Richtung des Gleichstroms,
den dieser bei dem ersten Stromzuführungsschritt hat,
umkehrt bzw. Gleichstrom mit einer umgekehrten Stromrichtung
oder Wechselstrom zu dem Heizwiderstand (42, 52, 53) in
dem zweiten Stromzuführungsschritt zuführt.
13. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Keramikheizer wenigstens ein Paar
von Dieselmotor-Glühkerzen (G) ist oder umfaßt, die in einer
anfänglichen Stromzuführungsperiode bzw. -zeitdauer parallel
geschaltet sind, wenn die Glühkerzen (G) abrupt auf einen
hohen Temperaturbereich bzw. eine hohe Temperatur erhitzt
werden, in dem bzw. bei der eine Kraftstoffzündung möglich
ist, und die dann in Reihe geschaltet werden, wenn die Glühkerzen
(G) auf eine vorbestimmte Sättigungstemperatur erhitzt
werden; und daß die Stromzuführungseinrichtung einen
Leistungsschalter (S) und einen Gleichstromzuführungskreise
bzw. eine Gleichstromzuführungsschaltung umfaßt, der bzw.
die Gleichstrom zu den Glühkerzen zuführt, welche in der anfänglichen
Stromzuführungsperiode bzw. -zeitdauer in dem ersten
Stromzuführungsschritt parallel geschaltet sind; sowie
eine Temperatursättigungskontroll- bzw. -steuerschaltung,
welche die Glühkerzentemperatur auf einen vorbestimmten Wert
sättigt; und eine Umschaltschaltung (12, 13, 14; 22, 23, 24; 32,
33, 34), welche die Richtung des Gleichstroms, den dieser
beim ersten Stromzuführungsschritt hat, umkehrt oder Wechselstrom
zu dem Heizwiderstand in dem zweiten Stromzuführungsschritt
zuführt.
14. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
daß ein bzw. ein einziger Heizwiderstand
(42) in dem Keramiksinterkörper (41) eingebettet
ist und daß beide Enden des Heizwiderstands (42) an der
Oberfläche des Sinterkörpers (41) freiliegen und als zwei
Anschlüsse (43, 44) benutzt werden.
15. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Heizwiderstände (52, 53)
in dem Keramiksinterkörper (51) eingebettet sind und beide
Enden der Heizwiderstände (52, 53) an der Oberfläche des
Sinterkörper (51) freiliegen und als Anschlüsse (54, 55, 56)
verwendet werden.
16. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Heizwiderstände (52, 53)
in dem Keramiksinterkörper (51) eingebettet sind und beide
Enden der Heizwiderstände (52, 53) an der Oberfläche des Sinterkörpers
(51) freiliegen und als zwei Anschlüsse (55, 56)
verwendet werden, von denen keiner mit dem Körper an Masse
gelegt ist.
17. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wechselstrom normaler
Wechselstrom, insbesondere sinusförmiger Wechselstrom, ist.
18. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer nach einem der Ansprüche 11 bis 17, insbesondere
nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wechselstrom von dem Wechselrichter
oder dem Wechselstromgenerator (25, 35) eines Dieselmotors zugeführt wird.
19. Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu
einem Keramikheizer nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter
(S) zum Zuführen von Strom zu der Glühkerze (G) für
das Erhitzen der Motorstart- bzw. -starterschalter (S) eines
Kraftfahrzeugs ist und daß der erste und zweite Stromzuführungsschritt
abwechselnd jedesmal dann eingeschaltet werden,
wenn der Start- bzw. Starterschalter (S) ein- oder ausgeschaltet
wird, wobei der Start- bzw. Starterschalter (S) insbesondere
das Zündschloß oder ein mit dem Zündschloß zwangsgekoppelter
Schalter ist.
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