DE3712414A1 - Gluehkerze fuer eine dieselmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze für eine Diesel­ maschine mit einem einen Hohlraum aufweisenden Halter, einer U-förmigen keramischen Heizeinrichtung, die inner­ halb des Hohlhalters gehalten ist und ein nach außen sich erstreckendes Ende aufweist, einer äußeren Verbindungs­ klemme, aus einem bandartigen elastischen Metalleiter be­ stehenden Verbindungsmitteln zum Verbinden des einen Endes der keramischen Heizeinrichtung und der äußeren Verbin­ dungsklemme und einem Isolierelement zum isolierten Hal­ ten der äußeren Verbindungsklemme in bezug auf den Hohl­ halter. Eine solche Glühkerze wird zum Vorerwärmen einer Unter- oder Vorverbrennungskammer oder einer Verbrennungs­ kammer eines Dieselmotors eingesetzt. Insbesondere be­ zieht sich die Erfindung auf eine Verbesserung bei einer Dieselmaschine-Glühkerze, die die Betriebssicherheit oder -zuverlässigkeit eines Verbindungsabschnitts eines Metalleiters verbessern kann, der zwischen einer kera­ mischen Heizeinrichtung als Wärme erzeugendes Bauelement und einer äußeren Verbindungsklemme angeordnet ist.

Da eine Dieselmaschine oder ein Dieselmotor bei niedrigen Temperaturen allgemein eine geringe Startbarkeit aufweisen, wird eine Glühkerze in einer Vorverbrennungskammer oder einer Verbrennungskammer angeordnet. Die Glühkerze wird mit einem Strom beaufschlagt, um Wärme zu erzeugen, so daß eine Ansaugtemperatur vergrößert wird, oder um als Zündquelle verwendet zu werden, wodurch die Startbarkeit der Maschine verbessert ist.

Als Glühkerze dieser Bauart ist in jüngster Zeit verbrei­ tet eine Glühkerze der Bauart mit keramischer Heizeinrich­ tung verwendet worden. Diese Glühkerze ist einer herkömm­ lichen gewöhnlichen Glühkerze der ummantelten (Hülsen-) Bauform bezüglich eines schnellen Erwärmungsvermögens od.dgl. überlegen. Eine Ausführungsart dieser Glühkerze ist zum Beispiel aus den japanischen Patentschriften (Kokai) Nrn. 57-41 523, 60-9 085 und 60-14 784 bekannt. Die Glühkerze der keramischen Erwärmer-Bauart ist der herkömmlichen Glühkerze der Hülsenbauform hinsichtlich Wirkungsgrad der Wärmeübertragung sowie hinsichtlich des Vermögens der Wärmeerzeugung überlegen. Während einer Erwärmung kann sie innerhalb eines kurzen Zeitabschnitts zum Glühen erwärmt werden, so daß eine Temperaturanstiegs­ kennlinie in hohem Maß verbessert und ein Betrieb als Schnellerwärmungsbauart erreicht ist.

Die oben beschriebene Glühkerze der Bauart mit keramischem Erwärmer gewährleistet jedoch keine Betriebssicherheit eines Verbund- oder Verbindungsabschnitts eines Metall­ drahtes zur elektrischen Verbindung eines keramischen Er­ wärmers als Wärme erzeugendes Bauelement mit einer äußeren Verbindungsklemme. Der keramische Erwärmer ist an einem distalen (von der Körpermitte entfernt gelegenen) Endab­ schnitt des Halters gelagert. Die äußere Verbindungsklemme ist an einem rückwärtigen Endabschnitt des Halters gela­ gert, um so dem keramischen Erwärmer in einem vorbestimm­ ten Abstand gegenüberzuliegen. Aus diesem Grund hat sich die Forderung nach einer geeigneten Gegenmaßnahme ergeben.

Insbesondere umfaßt die oben beschriebene Glühkerze der Bauart mit keramischem Erwärmer ganz allgemein einen Auf­ bau, bei dem der Erwärmer und die äußere Verbindungsklemme miteinander durch einen eine gewisse Flexibilität aufwei­ senden Metalldraht wie einen z.B. aus Eisen oder Nickel bestehenden flexiblen Draht aus Metall verbunden sind, wodurch der Erwärmer hinsichtlich Festigkeit gegenüber mechanischer äußerer Kraft wie verschiedenen Vibrationen und/oder ein an die Klemme gelegtes Spanndrehmoment geschützt ist. Ein Ende eines derartigen Metalldrahtes ist normalerweise z.B. durch Lötung mittels eines Klemmen­ oder Polschuhs od.dgl. mit dem rückwärtigen Endabschnitt des Erwärmers befestigt, während sein anderes Ende z.B. durch Punktschweißung am dem distalen Endabschnitt der äußeren Verbindungsklemme befestigt ist. In einem solchen Fall ist ein Punktschweißabschnitt des Metall­ drahtes teilweise flachgedrückt, um dünn zu sein. Dabei kann der Metalldraht unerwünscht abgeschnitten werden. Folglich kann keine Zuverlässigkeit oder Betriebsicherheit eines Verbindungsabschnitts des Metalldrahtes zwischen dem Erwärmer und der Klemme erreicht werden.

Ein Hauptziel der Erfindung besteht daher darin, Zuver­ lässigkeit und Betriebsicherheit für einen Verbindungs­ abschnitt eines Metalldrahts zwischen einem keramischen Erwärmer und einer äußeren Verbindungsklemme für eine Dieselmaschine-Glühkerze der Bauart mit keramischem Er­ wärmer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen der Glühkerze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die keramische Heizeinrichtung durch einen nach außen sich erstreckenden U-förmigen, Wärme hervorbringenden Abschnitt und durch ein Paar paralleler Leiterteile gebildet ist, die sich von beiden Enden des Wärme erzeu­ genden Abschnitts nach hinten erstrecken und aus einem leitfähigen keramischen Element bestehen, das eine Leiterteil mit einer inneren Wand des Hohlhalters ver­ bunden ist und das andere Leiterteil gegenüber dem Hohlhalter isoliert und über einen Innenbereich des Hohlhalters sowie durch die Verbindungsmittel mit der äußeren Verbindungsklemme verbunden ist und beide Enden des Metalleiters an das andere Leiterteil bzw. an die außere Verbindungsklemme gelötet sind.

Gemäß der Erfindung wird ein bandartiger Metalleiter auf bzw. an ein Elektrodenverbindungsende an dem rück­ wärtigen Endabschnitt einer keramischen Heizeinrichtung sowie auf bzw. an ein Verbindungsende an dem distalen Endabschnitt einer äußeren Verbindungsklemme ausgerichtet bzw. montiert und gleichzeitig an die jeweiligen Verbin­ dungsabschnitte gelötet, so daß er damit leicht und zu­ verlässig befestigt ist.

Bevorzugte Ausführungsformen, weitere Ausbildungsmöglich­ keiten, Zweckmäßigkeiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt eine Seitenansicht einer er­ findungsgemäßen Glühkerze für eine Diesel­ maschine,

Fig. 2 in schematischer Explosionsdarstellung in vergrößertem Maßstab eine perspektivische Ansicht eines erfindungswesentlichen Teils der Glühkerze in Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht zur Erläu­ terung eines Verbindungszustandes eines bandartigen Metalleiters als erfindungswe­ sentliches Teil in bezug auf eine keramische Heizeinrichtung und eine äußere Verbindungs­ klemme.

Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Glühkerze für eine Dieselmaschine. Zunächst wird nachstehend anhand von Fig. 1 eine schematische An­ ordnung einer mit dem Bezugszeichen 10 versehenen Glüh­ kerze beschrieben. Die Glühkerze 10 umfaßt eine stab­ artige keramische Heizeinrichtung (Erwärmer) 11, deren distaler (von der Körpermitte entfernt gelegener) Endab­ schnitt als ein Wärme hervorbringendes Teil dient, sowie einen im wesentlichen rohr- oder hohlförmigen Halter 12 aus Metall zur Lagerung der keramischen Heiz­ einrichtung 11 an ihrem distalen Endteil. Eine äußere Verbindungsklemme 14 ist durch eine Isolierhülse 13 aus einem synthetischen Kunstharzelement od.dgl. in den rückwärtigen Endabschnitt des Halters 12 konzentrisch eingesetzt. In Fig. 1 ist eine Metallröhre mit dem Bezugzeichen 13 a versehen ist. Diese ist ganzheitlich um die Außenfläche der Isolierhülse 13 gepaßt, um die Isolierhülse 13 während der Montage mit dem Halter 12 mit einer gewünschten mechanischen Kraft oder Festigkeit zu vereinigen. Weiterhin sind mit 15 a ein Isolierring, mit 15 b eine Befestigungsmutter und mit 15 c eine Spann­ mutter für eine äußere Leitung bezeichnet. Die Teile sind auf einen Gewindeabschnitt am rückwärtigen Endteil der äußeren Endklemme 14 geschraubt. Die Leitungsdrähte od.dg1. von einer (nicht dargestellten) Batterie sind zwischen die Muttern 15 b und 15 c geklemmt, so daß die äußere Verbindungsklemme 14 elektrisch mit den Batterie­ klemmen verbunden ist. Andererseits ist ein an der Außenfläche vorgesehener Gewindeabschnitt 12 a des Halters 12 in eine (nicht dargestellte) Maschinengewindebohrung an der Seite eines Zylinderkopfes geschraubt, so daß der Halter 12 elektrisch geerdet oder an Masse gelegt ist und das distale Ende der Heizeinrichtung 11 in das Innere einer Vorverbrennungskammer oder einer Verbrennungskammer ragt.

Zudem umfaßt die an dem distalen Ende des Halters 12 des obigen Ausführungsbeispiels gehaltene stabartige kerami­ sche Heizeinrichtung 11 einen U-förmigen, Wärme hervorbrin­ genden Abschnitt 20, der mit einem kleinen Durchmesser ausgebildet ist, sowie ein Paar paralleler Leiterteile oder -abschnitte 21 und 22, die sich rückwärts gerichtet von beiden Enden des U-förmigen, Wärme erzeugenden Abschnitts 20 erstrecken. Der U-förmige Wärmeerzeugungsteil 20 und das Paar Leiterteile 21 und 22 sind mittels eines leitfähigen keramischen Materials miteinander einstückig oder vereinigt ausgebildet, um als Ganzes im wesentlichen eine U-Form zu erzielen. Auf der Außenfläche des Leiterteils 21 ist eine metallisierte Schicht 23 (auf deren Fläche eine vernickelte Schicht aufgebracht ist) als leitfähige Schicht ausgebildet. Auf dem anderen Leiterteil 22 ist eine isolierende Überzugs- oder Deckschicht 24 (auf deren Fläche eine vernickelte Schicht aufgebracht ist) als isolierende Schicht ausgebildet. Die keramische Heizein­ richtung 11 ist mit dem Halter 12 z.B. durch eine Silber­ lötung verbunden. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen- Schlitz, der sich entlang der Längsrichtung der Heizein­ richtung 11 erstreckt.

Der Leitungsabschnitt 21 ist mittels der metallisierten Schicht 23 an seiner Außenfläche elektrisch an dem Halter 12 geerdet oder an Masse gelegt. Das distale Ende des (weiter unten beschriebenen) bandartigen Metalleiters 30 ist von der äußeren Verbindungsklemme 14 anodisch mit einem Elektrodenverbindungsende 26 verbunden, das sich nach hintengerichtet aus dem rückwärtigen Endteil des anderen Leiterteils 22 erstreckt. So wird ein Strom durch die Erwärmungseinrichtung 11 geleitet. Eine auf dem Elektrodenverbindungsende 26 ausgebildete metallisierte Schicht ist mit dem Bezugzeichen 27 versehen. Auf dem Elektrodenverbindungsende 26 ist eine vernickelte Schicht ausgebildet, und der Metalleiter 30 ist daran angelötet.

Gemäß einem herkömmlichen Montageverfahren wird die vor­ stehend beschriebene keramische Heizeinrichtung 11 mittels des Metalleiters 30 mit der äußeren Verbindungsklem­ me 14 verbunden und in den Halter 12 eingesetzt. An ihm werden die Außenflächen der Leiterteile 21 und 22 jeweils über die leitfähige Schicht 23 bzw. die Isolierschicht 24 befestigt. Dadurch ist die Glühkerze 10 ausgebildet. Als leitfähiges keramisches Material, das die im wesent­ lichen U-förmige keramische Heizeinrichtung 11 formt, kann ein keramisches Material verwendet werden, das man erhält, indem SIALON, das Siliziumnitrid od.dgl. als Hauptkom­ ponente aufweist, elektrische Leitfähigkeit verliehen wird. Darauf ist das Material aber selbstverständlich nicht beschränkt.

Die Glühkerze 10 der Keramik-Erwärmer-Bauart mit dem beschriebenen Aufbau ist erfindungsgemäß durch eine elek­ trische Verbindung der an dem distalen Ende des Halters 12 gelagerten keramischen Heizeinrichtung 11 und der isolierend an dem rückwärtigen Ende des Halters 12 gelagerten äußeren Verbindungsklemme 14 mittels des bandartigen Metalleiters 13 gekennzeichnet, der zur gleichen Zeit an die gegenüberliegenden Endteile (das Elektrodenverbindungsende 26 der Heizeinrichtung und ein Klemmmenverbindungsende 14 a) gelötet ist, wie dies auch aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist.

Das bedeutet, daß es bei Verbindung der äußeren Klemme 14 mit der keramischen Heizeinrichtung 11 erforderlich ist, die Heizeinrichtung 11 hinsichtlich Festigkeit vor einer außeren mechanischen Kraft wie verschiedene Vibra­ tionen oder einem an die äußere Verbindungsklemme 14 gelegten Spannmoment zu schützen. Deshalb wird herkömmlich ein Metalldraht mit einem Durchmesser von ca. 0,8 mm wie ein flexibler Draht mit einer gewissen Flexibilität an die Heizeinrichtung 11 mittels einer Pol- oder Klemmen­ kappe gelötet und mit der Klemme 14 durch Punktschweißung verbunden. Dieses Verfahren ist jedoch mit dem Problem verbunden, daß eine Klemmenkappe erforderlich ist und der punktgeschweißte Abschnitt im (flach)gedrückten Zustand zum Abschneiden oder -lösen des Drahtes führen kann. Aus diesem Grund ist der oben erwähnte bandartige Metalleiter 30 vorgesehen, um das genannte Problem zu beseitigen.

Als bandartiger, gewünschte Flexibilität aufweisender Metalleiter 30 wird vorzugsweise einer mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 mm sowie mit einer Breite von 1 bis 4 mm verwendet. Er ist aus einem dünnen Blechelement aus Eisen, Kupfer, Nickel, rostfreiem Stahl od.dgl. ausgestanzt.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein Silberlötmaterial mit beiden Endteilen des bandartigen Metalleiters 30 verbunden oder darauf aufgebracht, um Lötmaterial-Verbund­ teile 31 zu bilden, die jeweils zu dem Elektrodenver­ bindungsende 26 an dem rückwärtigen Ende der keramischen Heizeinrichtung 11 bzw. mit dem Verbindungsende 14 a an dem distalen Ende der äußeren Verbindungsklemme 14 ausgerichtet und an den Enden angeordnet und befestigt sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind Verbindungsteile der Lötmaterial-Verbundabschnitte 31 klemmend zwischen Elektrodenpaaren 32 und 33 vorgesehen und bei Beauf­ schlagung mit positiven und negativen Spannungen gleich­ zeitig gelötet, so daß die Kontaktierungs- oder Verbin­ dungsabschnitte leicht, zuverlässig, dauerhaft und betriebssicher verbunden sind. Das beschriebene Lötver­ fahren ist nicht auf eine Widerstandslötung beschränkt. Vielmehr kann die Lötung durch Erwärmung mittels eines Lasers od.dgl. ausgeführt werden. Zudem kann, wie es ohne weiteres verständlich ist, während der Lötung an die Stelle der Lötmaterial-Verbundteile 31 ein Löt­ folienfilm, eine dünne Lötfolie od.dgl. zwischen den Verbundteilen angeordnet und erwärmt werden.

Bei Ausführung einer den oben beschriebenen bandartigen Metalleiter 30 verwendenden Lötung ist das herkömmliche Problem wie eine Abtrennung oder Ablösung des Drahtes beseitigt, so daß die Zuverlässigkeit und Betriebsicher­ heit des Verbindungsabschnitts zwischen der Heizeinrich­ tung 11 und der äußeren Verbindungsklemme 14 in hohem Maße verbessert ist. Außerdem ist kein Polschuh erforder­ lich, da der Metalleiter unmittelbar an das Elektroden­ verbindungsende 26 der Heizeinrichtung 11 gelötet ist. Zwei Verbindungsabschnitte können gleichzeitig gelötet werden. Dies führt zu einer hervorragenden Bearbeitbarkeit oder Herstellbarkeit sowie zu geringen Kosten.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist beachtlich, daß das Elektrodenverbindungsende 26 der Heizeinrichtung 11, mit dem das distale Ende des bandartigen Metalleiters 30 verbunden ist, in Form einer halben Säule ausgebildet und der Leiter 30 mit ihrer flachen Fläche verbunden ist. Der Verbundabschnitt kann jedoch viele Formen als Modifi­ kationen aufweisen. Gemäß der keramischen Heizeinrichtung 11 des beschriebenen Ausführungsbeispiels steht zudem das Innere des Halters 12 mit einer Maschinenverbrennungskam­ mer od.dgl., zu der die Heizeinrichtung 11 gegenüberlie­ gend angeordnet ist, über den entlang der Längsrichtung der Heizeinrichtung 11 ausgebildeten Schlitz 25 in Verbindung. Daher ist es erforderlich, ein Entweichen von Verbrennungsdruck aus der Maschine während einer Explosion in der Verbrennungskammer zu vermeiden, Aus diesem Grund ist eine Dichtungsplatte 28 aus Asbest, Gummi od.dgl. in Zwischenanordnung an dem Außenende der Iso­ lierhülse 13 an einem Öffnungsabschnitt des rückwärtigen Endes des Halters 12 vorgesehen und einstückig oder ver­ einigt mit der äußeren Verbindungsklemme 14 angeordnet, um diesen Teil mechanisch abzudichten.

Die Erfindung ist auf den Aufbau des dargestellten Ausführungsbeispiels nicht beschränkt. Vielmehr können Form, Gestaltung, Aufbau und/oder Bauart der jeweiligen Teile verschiedene Abänderungen oder Ausgestaltungen erfahren. Zum Beispiel ist die keramische Heizeinrichtung 11 nicht auf den in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Aufbau beschränkt, sondern sie kann abgeändert sein.

Wie beschrieben, können erfindungsgemäß die stabartige keramische Heizeinrichtung, die an dem distalen Endab­ schnitt des Halters gelagert ist, und die äußere Verbin­ dungsklemme, die an dem rückwärtigen Ende des Halters isolierend gelagert ist, über den bandartigen Metalleiter, der an seinen gegenüberliegenden Enden gleichzeitig gelötet ist, elektrisch miteinander verbunden werden. Daher ist ein herkömmliches Problem wie Drahtabtren­ nung oder -lösung beseitigt. Dennoch ist ein einfacher Aufbau erreicht. Die Betriebsicherheit und Zuverlässigkeit des Verbindungsabschnitts zwischen der Heizeinrichtung und der äußeren Verbindungsklemme ist beträchtlich verbessert. Zudem ist kein Polschuh erforderlich, da der Metalleiter unmittelbar an das Elektrodenverbindungsende der Heizeinrichtung gelötet ist, und zwei Verbindungsab­ schnitte können gleichzeitig gelötet werden. Daraus resultieren verschiedene praktische Vorteile wie eine hervorragende Herstellbarkeit oder geringe Kosten.

Claims (2)

1. Glühkerze (10) für eine Dieselmaschine, umfassend einen einen Hohlraum aufweisenden Halter (12),
eine U-förmige keramische Heizeinrichtung (11), die innerhalb des Hohlhalters (12) gehalten ist und ein nach außen sich erstreckendes Ende aufweist,
eine äußere Verbindungsklemme (14),
aus einem bandartigen elastischen Metalleiter (30) bestehende Verbindungsmittel zum Verbinden des einen Endes der keramischen Heizeinrichtung (11) und der äußeren Verbindungsklemme (14) und
ein Isolierelement (13) zum isolierten Halten der äußeren Verbindungsklemme in bezug auf den Hohlhalter, dadurch gekennzeichnet, daß
die keramische Heizeinrichtung (11) durch einen nach außen sich erstreckenden U-förmigen, Wärme hervorbrin­ genden Abschnitt (20) und durch ein Paar paralleler Leiterteile (21, 22) gebildet ist, die sich von bei­ den Enden des Wärme erzeugenden Abschnitts nach hinten erstrecken und aus einem leitfähigen keramischen Ele­ ment bestehen,
das eine Leiterteil (21) mit einer inneren Wand des Hohlhalters verbunden ist und das andere Leiterteil (22) gegenüber dem Hohlhalter isoliert und über einen Innenbereich des Hohlhalters sowie durch die Verbin­ dungsmittel mit der äußeren Verbindungsklemme verbun­ den ist und
beide Enden des Metalleiters (30) an das andere Leiterteil (22) bzw. an die äußere Verbindungsklemme gelötet sind.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit beiden End­ abschnitten (31) des die Verbindungsmittel bildenden Metalleiters (30) zuvor ein Lötmaterial verbunden ist.