DE3631379A1

DE3631379A1 - Verfahren und einrichtung zum zufuehren von elektrischem strom zu einem keramikheizer

Info

Publication number: DE3631379A1
Application number: DE19863631379
Authority: DE
Inventors: Michio Ohno; Noriyoshi Nakanishi; Michihiko Miyasaka; Yoshinori Shiraiwa
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1985-09-14
Filing date: 1986-09-15
Publication date: 1987-04-02
Also published as: GB2181485A; DE3631379C2; GB2181485B; GB8622181D0; US4762982A

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.

Ausführungsbeispiel 1

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.

Ausführungsbeispiel 2

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.

Ausführungsbeispiel 3

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.

Ausführungsbeispiel 4

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.

Ausführungsbeispiel 5

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.

Ausführungsbeispiel 6

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.

Ausführungsbeispiel 7

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.

Ausführungsbeispiel 8

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.

Ausführungsbeispiel 9

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.

Ausführungsbeispiel 10

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.

Testbeispiel 1

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.

TABELLE 1

TABELLE 2

Testbeispiel 2

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.

TABELLE 3

Vergleichsbeispiel 1

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.

TABELLE 4

Entwicklungsbeispiel

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

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.