DE3713532C2 - Glühkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine Glühkerze dieser Art ist durch die FR 24 15 266 bekannt.

Da bei dieser Anordnung sowohl das Heizwiderstandselement als auch das Steuerwiderstandselement einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, werden, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, verhältnismäßig lange Aufheizzeiten benötigt.

Die DE 34 29 262 A1 offenbart zwar eine Glühkerze der vorstehenden Art, bei welcher das Heizwiderstandselement einen zumindest in Teilen des Betriebstemperaturbereiches negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen kann. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel weist jedoch das Heizwiderstandselement erst kurz vor dem Erreichen der Betriebstemperatur eine merklich negative Temperaturcharakteristik auf und es ist nicht direkt, sondern über eine eine Verzögerung des Aufheizens des Regelwiderstandselementes bewirkende Wärmekapazität mit dem Regelwiderstandselement verbunden. Diese Anordnung erscheint weder geeignet, in der bei der vorliegenden Erfindung gegebenen Weise eine schnelle Aufheizung der Glühkerze zu bewirken, noch in der Lage, der bei diesem schnellen Aufheizen gegebenen Gefahr einer Überhitzung des Heizwiderstandselementes entgegen zu wirken.

Die US 46 03 667 zeigt schließlich noch eine Heizvorrichtung für Einspritzdüsen, bei der zwei übereinanderliegende Heizwiderstandsschichten in Serie geschaltet sind, von denen eine aus einem Material mit leicht negativem Temperaturkoeffizienten bestehen kann. Diese Anordnung ist offensichtlich nicht dazu bestimmt oder geeignet, die Spitze eines Glührohres auf die Entzündungstemperatur eines Brennstoff-Luftgemisches aufzuheizen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Glühkerze der eingangs genannten Art die Vorheizzeit zu verkürzen und dadurch die Startcharakteristik des Motors zu verbessern, wobei eine Überhitzung der Glühkerze während des Vorheizens zuverlässig vermieden werden soll.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Das Heizwiderstandselement der erfindungsgemäßen Glühkerze besteht dabei aus einem leicht herstellbaren bzw. maschinell bearbeitbaren Metall, das sich, anders als die nach dem bekannten Stand der Technik im vorliegenden Zusammenhang gelegentlich verwendeten keramischen Materialien, in vibrationsbeständiger Weise mit dem jeweils anderen Heizelement verbinden bzw. verschweißen läßt. Aufgrund der Verwendung von Fe-Cr-Al-Ti-Legierungen für das NTC-Material steht trotzdem ein für die vorliegenden Zwecke ausreichender negativer Temperaturkoeffizient zur Verfügung.

Überraschenderweise zeigte sich, daß selbst dann, wenn das metallische Heizwiderstandselement gemäß der vorliegenden Erfindung einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, noch eine wirksame Regelung möglich ist und daß sich darüber hinaus gegenüber den Glühkerzen nach dem bekannten Stand der Technik eine vom Fachmann nicht ohne weiteres für möglich gehaltene Verbesserung der Aufheizgeschwindigkeit ergibt.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Verwendung bei sogenannten Glühstiftkerzen geeignet, wie sie bei Vorverbrennungskammer-Dieselmotoren bzw. Vorkammer- oder Wirbelkammer-Dieselmotoren zum Einsatz kommen. Die erfindungsgemäße Anordnung kann jedoch auch bei Flammglühkerzen eingesetzt werden, indem man den dortigen, einen positiven Temperaturkoeffizenten aufweisenden Glühstift durch die erfindungsgemäße Glühstiftanordnung ersetzt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Glühkerze.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Wärmeerzeugungscharakteristik der erfindungsgemäßen Glühkerze mit der einer Glühkerze nach dem Stand der Technik verglichen ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform dieser Glühkerze. In der Zeichnung bedeutet die Bezugsziffer 1 ein hitzebeständiges, korrosionsfestes Metallrohr, das beispielsweise aus Edelstahl gefertigt ist und als Glührohr dient. Mit der Bezugsziffer 2 ist ein Heizwiderstandselement bezeichnet, das einen negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten (NTC) aufweist, und beispielsweise aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Titan- Legierung (Cr: 28 Gew.-%; Al: 18 Gew.-%; Ti: 0,5 Gew.-%; Fe: Rest) besteht. Das Reduktionsverhältnis des Widerstandswerts von dieser Legierung mit negativem Temperaturkoeffizienten beträgt 6% zwischen 0 und 1000°C, welches vorzugsweise zumindest 3%, und noch bevorzugterweise zumindest 5%, betragen sollte. Ein Ende des Drahtes aus dieser Legierung ist an das abgeschlossene Ende des Glührohres 1 angeschweißt, während das andere Ende desselben elektrisch durch eine mit A bezeichnete Schweißstelle in Reihe mit einem Steuerwiderstandselement 3 verbunden ist. Dieses Steuerwiderstandselement 3 wird von einer Legierung gebildet, die einen hohen positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten (PTC) aufweist. Als Beispiel für das Material dieses Steuerwiderstandselementes 3 seien reines Nickel, Nickellegierungen, reines Eisen, Eisenlegierungen usw. genannt, welche ein Zunahmeverhältnis des Widerstandswertes zwischen 0 und 1000°C von vorzugsweise einem Faktor von zumindest 4, noch bevorzugter einem Faktor von mindestens 5 oder darüber aufweist. Mit der Bezugsziffer 4 ist ein Mittelstab bezeichnet, der elektrisch mit dem anderen Ende des Steuerwiderstandselementes 3 verbunden ist. Das Heizwiderstandselement 2, das Steuerwiderstandselement 3 und der Mittelstab 4 sind im Inneren des Glührohres 1 über ein elektrisch isolierendes Pulver 5, wie MgO, mit guter Wärmeleitfähigkeit, gepackt oder eingebettet. Mit der Bezugsziffer 6 ist ein Metallgehäuse bezeichnet, an dem ein Halterungsgewindebereich ausgebildet ist, welcher der Halterung der Glühkerze an dem Motor dient. Das Glührohr 1 ist mittels eines Silberlotmaterials 7 an der inneren Oberfläche eines hohlen Bereichs 6a derart befestigt, daß das Glührohr von der Endfläche 6b des zylindrischen Bereichs des Gehäuses 6 absteht. Die Bezugsziffer 8 kennzeichnet einen flexiblen Isolationskörper, der eine luftdichte Abdichtung oder Isolierung des Endes des Metallgehäuses gegenüber dem Mittelstab 4 bewirkt. Mit der Bezugsziffer 9 ist eine Isolierplatte bezeichnet, mit der Bezugsziffer 10 eine Mutter zur Festlegung der Isolierplatte 9, und mit 11 eine Anschlußmutter zur Fixierung eines Kabelgeschirrs. Des weiteren sind das Heizwiderstandselement 2 und das Steuerwiderstandselement 3 miteinander direkt verschweißt oder indirekt über ein dazwischen eingebrachtes Metall.

Die Heizcharakteristik der erfindungsgemäßen Glühkerze wird im folgenden beschrieben:

Fig. 2 zeigt die Heizcharakteristik der erfindungsgemäßen Glühkerze im Vergleich mit der einer Glühkerze nach dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäße Glühkerze enthält ein Heizwiderstandselement aus einer Fe-Cr(28%)-Al(8%)-Ti(0,5%)-Legierung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten NTC mit 0,75 Ω bei 20°C und 0,71 Ω bei 1000°C (Drahtdurchmesser: 0,3 mm; Anzahl der wirksamen Windungen: 5; Windungsaußendurchmesser: 2,7 mm) und ein Widerstandselement aus Fe (Drahtdurchmesser: 0,3 mm; Anzahl der wirksamen Windungen: 21; Windungsaußendurchmesser: 2,7 mm). Die zu Vergleichszwecken verwendete Glühkerze nach dem Stand der Technik enthält ein Heizwiderstandselement aus einer Fe-Cr(22%)-Al(5,5%)-Legierung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten PTC, der einen Wert von 0,65 Ω bei 20°C und 0,68 Ω bei 1000°C aufweist (Zunahmeverhältnis von 0 bis 1000°C: 4,6%) (Drahtdurchmesser: 0,3 mm; Anzahl der wirksamen Windungen: 5; Windungsaußendurchmesser: 2,7 mm) und ein Widerstandselement, welches das gleiche ist wie bei der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt, daß die erfindungsgemäße Glühkerze eine hervorragende Haltbarkeit aufweist, da der Strom in einem derartigen Maße anwächst, daß er dem negativen Temperaturkoeffizienten der Heizspule entspricht, so daß die Vorheizzeit im Vergleich zu der Glühkerze nach dem Stand der Technik verringert werden kann und daher die maximale Temperatur auf einen Wert unter 1100°C regelbar ist durch eine entsprechende Schnellaufheizung des Steuerwiderstandselements aufgrund der genannten Stromzunahme während des Anfangszustands, ohne daß es zu einem Schmelzen kommt.

Es ist nämlich so, daß der erhöhte Stromfluß im Anfangszustand, der sich aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten der Heizspule ergibt, zu einer raschen Temperaturerhöhung des Steuerwiderstandselementes dient, so daß eine Überhitzung des Heizwiderstandselementes wirksam unterdrückt wird. Dieses Ergebnis ist überraschend.

Soweit dies eine Flammglühkerze betrifft, ist es selbstverständlich, daß das Gehäuse 6 und die Länge des Glührohres 1 entsprechend den herkömmlichen Konstruktionen modifiziert werden, wobei die für Flammglühkerzen zusätzlichen Bauelemente zugefügt werden. Dies ergäbe sich beispielsweise aus dem DE-GM 19 60 914, dem DE-GM 19 92 291 oder dem DE-GM 19 81 645, oder aus der DE-OS 21 42 925, oder der GB-PS 1376817 oder ähnlichen Druckschriften. Ein Bereich der Länge des Metallrohres, in dem die Heizspule und die Steuerwiderstandsspule angeordnet sind, kann vollständig von der Oberseite des Gehäuses vorstehen, wobei die Länge, mit der dieser Bereich vorsteht, von der erwünschten Temperaturanstiegscharakteristik abhängt. Speziell eine teilweise in das Gehäuse zurückgezogene Anordnung des Steuerwiderstandselementes (beispielsweise zumindest ein Viertel oder bis zu einem Drittel seiner Länge) stellt den schnellsten Temperaturanstieg des Heizwiderstandselements sicher, während gleichermaßen eine Überhitzung wirksam vermieden wird. Es zeigte sich, daß im Falle einer gewissen Wärmeableitung während des anfänglichen Aufheizungsvorgangs der Temperaturanstieg des Steuerwiderstandselementes verzögert ist, so daß eine größere Menge Strom fließen kann.

Es ist somit ein überraschendes Ergebnis, daß der Temperaturanstieg und eine Kontrolle bezüglich einer Überhitzung primär durch die Selbsterhitzung des Steuerwiderstandselementes bewirkt wird, ohne daß es eines positiven Temperaturkoeffizienten des Heizwiderstandselements bedarf. Darüber hinaus ist es bemerkenswert, daß die Temperatursteuerung realisierbar ist, ohne daß sie hauptsächlich von der thermischen Rückkopplung des Glühstifts, d. h. des Metallrohrs, abhängt, da die Temperatur der Metallrohroberfläche an dem Bereich, an welchem das Steuerwiderstandselement angeordnet ist, mit einer bestimmten Verzögerung gegenüber dem Steuerwiderstandselement ansteigt, und da darüber hinaus die Temperatur des Metallrohres an dem Bereich seiner Anschweißung an dem Gehäuseende niedrig bleibt, weil die Wärme zu dem Gehäuse selbst dann abgeführt wird, wenn das untere abgeschlossene Ende des Metallrohres einen Zustand erreicht hat, bei dem es glüht. Es wird angenommen, daß dies im Gegensatz zu der Lehre des Stands der Technik steht, wie er beispielsweise aus der US-PS 4,556,781 hervorgeht.

Claims (5)

1. Glühkerze, insbesondere für Dieselmotoren, mit

• a. einem aus Metall bestehenden Körper (6) und einem daran angebrachten, aus Metall bestehenden, an seiner Spitze geschlossenen und mit einem elektrisch isolierenden Pulver (5) gefüllten Glührohr (1) und
• b. zwei in das elektrisch isolierende Pulver (5) eingebettete, elektrisch in Reihe geschaltete Widerstandselemente (2, 3) mit voneinander abweichenden Temperaturkoeffizienten, wobei das in dem dem Körper (6) zugewandten Ende des Glührohres (1) angeordnete Widerstandselement als Steuerwiderstandselement (3) mit positivem Temperaturkoeffizienten und das in dem dem Körper (6) abgewandten Ende des Glührohres (1) angeordnete Widerstandselement als Heizwiderstandselement (2) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• c. das Heizwiderstandselement (2) einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und
• d. aus einer Fe-Cr-Al-Ti-Legierung besteht.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizwiderstandselement (2) einen negativen Temperaturkoeffizienten im Temperaturbereich von 0°C bis 1000°C aufweist.

3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizwiderstandselement (2) bis zu einer Temperatur von etwa 1000°C einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, der durch eine Reduktionsrate von zumindest etwa 3%, vorzugsweise von zumindest 5%, von 0°C bis 1000°C definiert wird.

4. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß etwa ein Viertel bis etwa ein Drittel der Gesamtlänge des Steuerwiderstandselementes (3) in einem Bereich des Glührohres (1) angeordnet ist, der von dem Körper (6) umgeben ist.