DE3817843A1 - Gluehkerze fuer dieselmotoren - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein eine Glühkerze
zur Verwendung für die Vorheizung einer Hilfsverbrennungskammer
oder eines Verbrennungsraumes in einem Dieselmotor
und insbesondere eine Glühkerze für Dieselmotoren, die
eine keramische Heizeinrichtung aufweist, welche Selbstsättigungseigenschaften
hat und ein Nachglühen für
mehrere Stunden gestattet.
Ganz allgemein haben Dieselmotoren schlechte Starteigenschaften
bei niedrigen Temperaturen. Um den Startvorgang
des Dieselmotors zu unterstützen, wird daher
gewöhnlich eine Glühkerze in einer Hilfsverbrennungskammer
oder in einer Verbrennungskammer verwendet, um
die Ansauglufttemperatur zu erhöhen oder als eine Zündquelle
zu wirken, wobei die Wärme durch Elektrizitätszufuhr
zur Kerze erzeugt wird. Die Glühkerze ist normalerweise
eine blechumhüllte Heizeinrichtung, die
hergestellt wird, indem eine Metallhülse oder Metallhülle
mit hitzebeständigem isolierendem Pulver unter
Einbettung einer Heizspule aus Ferrochrom, Nickel usw.
im Pulver gefüllt wird. Darüber hinaus ist eine keramische
Heizeinrichtung bekannt, wie sie in der japanischen
Offenlegungsschrift 41 523/1982 offenbart ist, die einen
Heizdraht aus Wolfram usw. enthält, der in einem isolierenden
keramischen Material, wie beispielsweise
Siliciumnitrid, eingebettet ist. Glühkerzen mit solchen
keramischen Heizeinrichtungen sind in letzter Zeit weitverbreitet
verwendet worden, weil sie im Vergleich zu
den oben erwähnten blechumhüllten Heizeinrichtungen,
die eine indirekte Heizung mittels des hitzebeständigen
isolierenden Pulvers und der Hülle beinhalten, eine
bessere Wärmeübertragungseffizienz und eine außerordentlich
gute Wärmeerzeugungsleistung aufweisen, da sie in
einer kurzen Zeitperiode während des Aufheizens rotglühend
werden.
Jedoch weist die Glühkerze mit keramischer Heizeinrichtung
einen metallischen Heizungsdraht, der aus
Wolfram usw. hergestellt ist, auf, welcher im Innern
eines isolierenden Keramikmaterials wie Siliciumnitrid
eingebettet ist. Wegen der unterschiedlichen thermischen
Expansionskoeffizienten dieser beiden Bestandteile
führen ein steiler Temperaturunterschied während der
Aufheizung und die wiederholte Verwendung der Heizeinrichtung
dazu, die Dauerhaftigkeit und Betriebssicherheit
der keramischen Heizeinrichtung zu verschlechtern,
wodurch sich Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit
einschließlich des Wärmewiderstands der keramischen Heizeinrichtung
ergeben. Ferner führt dies auch zu erhöhten
Herstellungskosten.
Um dieses Problem zu lösen, wurden in den japanischen
Offenlegungsschriften 9 085/1985 und 14 784/1985
solche keramischen Heizeinrichtungskonstruktionen vorgeschlagen,
bei denen ein elektrisch leitfähiges Keramikmaterial
mit im wesentlichen dem gleichen thermischen
Expansionskoeffizienten wie dem eines isolierenden Keramikmaterials
als Heizdraht verwendet wird. Jedoch weisen
beide dieser vorgeschlagenen Glühkerzen noch Probleme
hinsichtlich des Aufbaus und auch der Funktion auf und
sind infolgedessen nicht kommerziell angewendet worden.
Beide vorgeschlagenen Typen weisen eine Reihe von
Nachteilen auf, wie beispielsweise eine schlechte Schnellheizfunktion,
Schwierigkeiten im Form- und Spritzgießverfahren,
einen komplexen Aufbau des Elektrodenabnahmeabschnitts
und eine verlängerte Nachglühzeit.
Um diese Probleme zu überwinden, hat die Anmelderin
zuvor Patentanmeldungen für ihre Erfindungen von
Glühkerzen für Dieselmaschinen eingereicht, in denen
eine keramische Heizeinrichtung, die aus einem U-förmigen
elektrisch leitenden Keramikmaterial besteht, an
das Innere eines hohlen Halters geklebt ist und hiervon
gehaltert wird (japanische Patentanmeldungen Nr.
2 99 338/1985, 2 99 339/1985, 2 56 354/1986, 2 56 355/1986 und
32 643/1987). Obwohl durch diese Erfindungen die dem
zuvor erwähnten Stand der Technik innewohnenden Probleme
beseitigt werden konnten, so mußte der Verbindungs- oder
Verklebungsabschnitt vom Halter und der keramischen Heizeinrichtung
nicht nur eine ausreichende Haftstärke, sondern
auch gute elektrische Isolationseigenschaften aufweisen.
Zu diesem Zweck ist eine Isolationsschicht zwischen
dem Halter und der keramischen Heizeinrichtung vorgesehen.
Jedoch mußte eine Reihe von Problemen gelöst werden, wie
sie sich aus der Tatsache ergeben, daß geeignete Materialien
mit außerordentlich guter mechanischer Festigkeit
und elektrischer Isolationseigenschaft, wie sie für
die isolierende Schicht benötigt werden, nicht zur Verfügung
stehen, wobei ferner Risse und Sprünge aufgrund
von thermischen Spannungen auftreten, die durch den Unterschied
im thermischen Expansionskoeffizienten der
Materialkomponenten hervorgerufen werden. Auch liegen
unvollständige und unzureichende Verbindungen und Verklebungen
aufgrund unzureichender Benetzungseigenschaften
der zu verbindenden Teile vor.
Das gebräuchlichste Verfahren zur Verbesserung der
Isolationsstärke zwischen Halter und keramischer Heizeinrichtung
besteht darin, die Dicke der Isolationsschicht
zu vergrößern. Jedoch führt die Ausbildung einer
Isolationsschicht großer Dicke in einem einzigen Arbeitsgang
dazu, verdünnte Zonen, Poren, Lücken, Mikrorisse
und andere Defekte in der Schicht hervorzurufen, die
zu verschlechteter Isolationseigenschaft oder im Extremfall
sogar zum Isolationsriß- oder -durchbruch führen.
Ein anderes Verfahren zum Ausbilden einer Isolationsschicht
besteht darin, die Isolationsschicht unter Vewendung
einer Bürste oder eines Pinsels auf der Oberfläche
aufzutragen. Dieses Verfahren involviert jedoch
die Schwierigkeit bei der Ausbildung einer gleichförmigen
Schicht über die Oberfläche. So gibt es lokale
Verbindungs- und Verklebungsfehlstellen zwischen Heizer
und Halter.
Als Material zum Binden bzw. Kleben des Halters
und der keramischen Heizeinrichtung wird zumeist Glas
verwendet. Jedoch führt die Verwendung von gebräuchlichem
amorphem Glas zum Aufweichen und Entfestigen des
amorphen Glases im darauffolgenden Prozeß des Hartverlötens
vom Halter und der keramischen Heizeinrichtung
mit Silberlötmittel (bei angenähert 750°C). Dies kann
auch zur Verschlechterung der Isolationseigenschaft
und der Luftdichtheit führen.
Als Material für die keramische Heizeinrichtung
ist elektrisch leitendes gesintertes Sialon bekannt.
Jedoch kann bei keramischen Heizeinrichtungen, die aus
elektrisch leitendem gesintertem Sialon hergestellt sind,
ein Teil der Oberfläche der keramischen Heizeinrichtung
blasig werden, d. h. Oberflächenerhebungen, bekommen,
wenn zur Verursachung der Selbstheizung Spannung an die
keramische Heizeinrichtung gelegt wird. In Fig. 1 ist
ein vergrößerter Querschnitt eines Abschnitts der keramischen
Heizeinrichtung dargestellt. Dabei wurde ein Riß
A gefunden, der sich um einen solchen blasigen Bereich
parallel zur Oberfläche gebildet hat. Ein weiterer Riß
B in senkrechter Richtung zur Oberfläche wurde ebenfalls
festgestellt. Dieser Blasen- oder Blistereffekt führt
zu einem Verlust der elektrischen Leitfähigkeit und
einer Verschlechterung der Heizfunktion der keramischen
Heizeinrichtung.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde,
eine Glühkerze für Dieselmotoren anzugeben, die
schneller und zuverlässiger die Rotglühung ihrer Spitze
im Vergleich zu gebräuchlichen Arten von Glühkerzen
erreicht, so daß die erfindungsgemäße Glühkerze als
eine Schnellheizglühkerze wirkt.
Ein weiteres, zweites Ziel der Erfindung war die
Schaffung einer Glühkerze für Dieselmotoren, die auch
dann, wenn sie bei der Selbstheizung der keramischen
Heizeinrichtung rapide erwärmt wird, keine Rißbildung
oder andere unerwünschte Vorgänge zeigt, so daß auf
diese Weise der Heizwiderstand und die Zuverlässigkeit
erhalten bleiben.
Ein weiteres, drittes Ziel der Erfindung war, zu
ermöglichen, daß ein mit der erfindungsgemäßen Glühkerze
ausgerüsteter Motor das Nachglühen über mehrere
Stunden als Mittel zur Abgas- und Geräuschproblembeseitigung
aufrechterhalten kann.
Ein viertes Ziel der Erfindung war, eine Glühkerze
für Dieselmotoren zu schaffen, die einen einfachen Aufbau
aufweist und leicht herstellbar ist.
Letztlich war ein fünftes Ziel der Erfindung die
Schaffung einer Glühkerze für Dieselmotoren, in der das
für die Isolationsschicht verwendete Material selbst bei
der Bondierungstemperatur nicht verschlechtert wird, wodurch
die elektrische Isolationseigenschaft der Schicht
erhalten bleibt und eine wesentlich verbesserte Luftdichtheit
sichergestellt wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnungen beispielshalber erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt, in dem
ein Bereich einer gebräuchlichen keramischen Heizeinrichtung
mit Blasenbildung dargestellt ist,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt einer
keramischen Heizeinrichtung gemäß eines weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 eine schematische Darstellung, die die
Beziehung zwischen dem Inhalt an Y₂O₃ und der Dicke der
Oxidschicht und der Biegesteifigkeit zeigt,
Fig. 5 eine schematische Darstellung, die die
Beziehung zwischen dem Inhalt an Y₂O₃, dem spezifischen
Widerstandskoeffizienten und der relativen Dichte zeigt.
In Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine Glühkerze
gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung
gezeigt. Im folgenden wird die mit dem Bezugszeichen
10 bezeichnete Glühkerze bezüglich ihres Aufbaus
näher erläutert. Die Glühkerze 10 weist einen stabförmigen
keramischen Heizer oder eine Heizeinrichtung 11
auf, deren vorderes Ende als Heizelement dient. Ferner
weist sie einen im wesentlichen rohrförmigen metallischen
Halter 12 auf, der beispielsweise aus rostfreiem Stahl
gefertigt ist und der die keramische Heizeinrichtung 11
an seinem vorderen Ende hält. Ein mit einem Gewinde versehenes
Teil 12 a ist auf dem Außenumfang des Halters 12
vorgesehen und in eine mit Gewinde versehene Öffnung
(nicht dargestellt) geschraubt, die auf dem Zylinderkopf
des Motors vorgesehen ist, um auf diese Weise das vordere
Ende der keramischen Heizeinrichtung 11 einseitig eingespannt
und freitragend, d. h. als Kantilever, in die
Verbrennungskammer oder Hilfsverbrennungskammer hinein
zu haltern. Am rückwärtigen Ende des Halters 12 ist
eine Anschlußanordnung 15 eingebracht, eingepaßt und
gehaltert, die aus einem ersten und zweiten externen
Verbindungsanschluß 13 und 14 besteht, die durch einen
Anordnungs- oder Baukörper 15 a geführt und dort eingebettet
sind, der aus Kunstharz oder einem anderen geeigneten
isolierenden Material hergestellt ist. Die Anschlüsse
13 und 14 sind über metallische Leitungsdrähte
16 und 17, wie beispielsweise flexible Drähte, und
Anschlußkappen 28 und 29 mit Leitungen 21 und 22 verbunden,
die die keramische Heizeinrichtung 11 umfaßt.
Der erste externe Verbindungsanschluß 13 der Anschlußanordnung
15 weist an seinem innenliegenden Ende
einen Stababschnitt 13 a auf, der auf der Achse der
Anschlußanordnung 15 durch ein Isolationsteil 14 b
hindurch angeordnet ist und an den metallischen Leitungsdraht
16 angeschlossen ist. Ferner weist die
Anschlußanordnung 15 den zweiten externen Verbindungsanschluß
14 auf, der rohrförmig ist und ein Zuleitungsstück
14 a aufweist, das an einem vorbestimmten Spalt
um dieses herum angeordnet ist und an den metallischen
Zuleitungsdraht 17 angeschlossen ist. Der zweite externe
Verbindungsanschluß 14 ist ferner mit einem vorbestimmten
Zwischenraum um den ersten Verbindungsanschluß herum
angeordnet. Der Baukörper 15 a der Anschlußanordnung 15
ist als Fertigteil mit einem Harz in einer solchen Weise
geformt, daß er beide Anschlüsse 13 und 14 und den äußeren
Umfangsbereich des Anschlusses 14 isoliert. Ein
metallisches Rohr 15 b zur Verstärkung oder Versteifung
des Anschlußbereichs ist auf den Außenumfangsbereich des
Baukörpers 15 a gepaßt. Dieses Metallrohr 15 b wird umgebogen
oder angewürgt, indem auf die Kante des offenen
rückwärtigen Endes vom Halter 12 ein hoher Druck ausgeübt
wird, bis das Metallrohr 15 b entlang der Axiallinie
derart gestaucht und eingeknickt ist, daß das Innere
des Metallrohres 15 b auf die Seite des aus Harz gefertigten
Baukörpers 15 a gezwungen ist und dort fest aufsitzt
und die Außenseite des Metallrohres 15 b entsprechend
gegen die Innenfläche des Halters 12 gedrückt ist,
wodurch die Effekte einer äußeren Krafteinwirkung oder
eines thermischen Schrumpfungsprozesses eliminiert sind.
Das Metallrohr 15 b ist hierbei, wie aus der Fig. 2
hervorgeht, am rückwärtigen offenen Ende des Halters 12
umgebogen.
Die Bezugszeichen 18 a und 18 b beziehen sich jeweils
auf einen Isolationsring und eine Scheibe oder Abdeckscheibe,
die beide auf dem zweiten externen Verbindungsanschluß
14 dort angepaßt sind, wo dieser vom rückwärtigen
Ende des Halters 12 vorsteht. 18 c bezeichnet ein
Isolationsteil, das an der Seite des ersten externen
Verbindungsanschlusses 13 zu befestigen ist, die unmittelbar
der Außenseite der Scheibe 18 b benachbart ist. 18 d
bezeichnet eine Federscheibe oder einen Federring und
18 e eine Befestigungsmutter, die jeweils auf dem mit
Gewinde versehenen Teil auf dem äußeren Ende des ersten
externen Verbindungsanschlusses 13 aufzubringen bzw.
aufzuschrauben sind. Der erste und zweite externe Verbindungsanschluß
13 und 14 sind jeweils mit einer Batterie
über dazwischenliegende nicht dargestellte Zuleitungsdrähte
verbunden, die von der Batterie zwischen
der Scheibe 18 b und dem Isolationsteil 18 c und zwischen
dem Isolationsteil 18 c und der Federscheibe 18 d gezogen
sind. Schließlich bezeichnen die Bezugszahlen 16 a und
17 a Isolationsteile, beispielsweise in Form von Röhren,
zum Abdecken der metallischen Zuleitungsdrähte 16 und 17.
Die keramische Heizeinrichtung 11 kann hergestellt
werden, indem beispielsweise elektrisch leitfähiges
Sialonpulver mit thermoplastischem Kunststoff gemischt
wird und diese Mischung beispielsweise mittels einem
Spritzgießverfahren in eine Metallform mit einer vorbestimmten
Aushöhlung eingebracht wird und danach der
Guß entsprechend getrocknet oder gebrannt wird oder
indem hierzu eine stabförmige Vorform durch elektroerosive
Bearbeitung oder entsprechende Schneid- oder
Fräsvorgänge in die vorbestimmte Form gebracht wird.
Der Heizbereich 20 der Heizeinrichtung 11 wird mit
kleinerem Durchmesser als der der Leitungen 21 und 22
ausgebildet, so daß die Dicke des Heizbereichs 20
geringer als die Dicke der Leitungen 21 und 22 wird.
Im mittleren Bereich der keramischen Heizeinrichtung 11
ist ein Schlitz 25 vom Heizbereich 20 zu den Leitungen
21 und 22 hin ausgebildet. Um den äußeren Umfang der
Leitungen 21 und 22 ist eine Isolationsschicht 23 ausgebildet.
Die Bezugszahl 30 bezeichnet eine Abdichtplatte
oder Folie, die beispielsweise aus Gummi oder Asbest
hergestellt ist und auf dem äußeren Ende der Anschlußanordnung
15 mit dem ersten und zweiten externen Verbindungsanschluß
13 und 14 sowie am offenen rückwärtigen
Ende des Halters 12 zur mechanischen Abdichtung
dieses Bereichs angeordnet ist. Eine Isolationsfolie
oder -platte 27, die aus Mullit oder einem anderen isolierenden
Keramikmaterial hergestellt ist, kann integral
zumindest an einer Stelle, die dem vorderen Ende
des Halters 12 entspricht, zwischen den Zuleitungsdrähten
21 und 22, die den Schlitz 25 ausbilden, eingebunden,
eingeklebt oder eingekittet werden. Die integrierte
Einbindung dieser Schicht geht aus Fig. 3 hervor. Mit
dieser Anordnung kann der Schlitz 25 am vorderen Ende
oder an der Spitze des Halters 12 abgedichtet werden,
um auf diese Weise das Entweichen von Motorverbrennungsdruck
nach außen zu verhindern. Darüber hinaus trägt
diese Anordnung dazu bei, die mechanische Festigkeit und
Stärke des rückwärtigen Endes der keramischen Heizeinrichtung
11, bei dem die Heizeinrichtung 11 mittels des
Halters 12 gehaltert ist, zu verbessern.
Im folgenden wird das für die Herstellung der
keramischen Heizeinrichtung dieser Erfindung verwendete
Material näher erläutert.
Die keramische Heizeinrichtung ist ein elektrisch
leitfähiges Sialon, das hergestellt wird, indem ein
geringer Anteil von Al₂O₃ einem Rohmaterialpulver oder
Rohmaterialmehl hinzugefügt wird, das aus Si₃N₄ als
Hauptingredienz besteht, ferner einem geringen Anteil
an AlN-Polytyp und weniger als 5 Gew.-% an Y₂O₃, und
indem dieses derart gebildete Additiv- oder Mischprodukt
mit 23 bis 70 Vol.-% von mehr als einem Typ oder einer
Art des Carbids, Nitrids und Carbid/Nitrids von Ti
gemischt wird und diese Mischung gesintert wird.
In dieser Erfindung wird ein Carbid, Nitrid oder
Carbid-Nitrid von Ti aus den folgenden Gründen als ein
elektrisch leitfähiger Bestandteil bzw. Zusammensetzung
hinzugefügt.
Obwohl die Verwendung jedweden Carbids, Nitrids
oder Borids der IVa-, Va- oder VIa-ten Kolonne oder
Spalte natürlich auch ein elektrisch gleitfähiges gesintertes
Sialon hervorrufen kann, sind Carbide und
Nitride von Ti meist geeignet, wenn man die Sintereigenschaften
beim kalten oder Gasdrucksintern in Betracht
zieht, in welchem ein Sinterprodukt relativ komplexer
Form gewonnen werden kann.
Das oben erwähnte Carbid, Nitrid oder Carbid-Nitrid
von Ti wird aus den folgenden Gründen zu einem Anteil
von 23 bis 70 Vol.-% hinzugefügt. Ein Zusatzanteil von
weniger als 23 Vol.-% würde keine geeigneten elektrisch
leitfähigen Wege oder Leitungen durch den Kontakt der
Körner des Carbids, Nitrids oder Carbid-Nitrids hervorrufen,
wodurch eine schlechte Leitfähigkeit vorläge.
Mit einem Zusatzanteil von nicht weniger als 70 Vol.-%
würden die Antioxydationseigenschaften und die Hochtemperaturfestigkeitseigenschaften
des β-Typ Sialons
merklich verschlechtert.
Unter den Zusätzen Al₂O₃, AlN, Y₂O₃ usw., die
gemeinhin als Sinterhilfsmittel verwendet werden,
beeinträchtigt Y₂O₃ außerordentlich stark die Antioxydationseigenschaften
eines Sinterprodukts, das aus
elektrisch konduktivem leitfähigem Sialon besteht. Die
Haltbarkeit eines elektrisch leitfähigen Sialons bei
hohen Temperaturen wird deutlich durch den Zusatz an
Y₂O₃ beeinflußt. Der Anteil Y₂O₃ wird in der Erfindung
unter 5 Gew.-% gehalten, weil ein Anteil von Y₂O₃ größer
als 5 Gew.-% dazu führt, daß das zuvor erwähnte Blister-
Phänomen auftritt. Ein Anteil an Y₂O₃ geringer als
4 Gew.-% erbringt bessere Effekte, während ein Y₂O₃-
Anteil, der nicht mehr als 1% beträgt, den Sinterunterstützungseffekt
oder Sinterbeitrag drastisch reduziert.
Infolgedessen liegt der zu bevorzugende Bereich
des Y₂O₃-Anteils zwischen 1 bis 4 Gew.-%.
Im folgenden wird das Material zur Ausbildung der
Isolationsschicht oder isolierenden Schicht 23 erläutert.
Da zwischen der keramischen Heizeinrichtung 11 und dem
Halter 12 in Fig. 2 eine ausreichende Adhäsionsstärke
und Luftdichtheit aufrechterhalten werden muß, um zu
verhindern, daß Motorverbrennungsdruck nach außen entweicht,
wird gewöhnlich ein schmelzbares Bindemittel
oder Bindematerial wie beispielsweise Silberlötmittel
verwendet. Aus diesem Grund muß das für die Ausbildung
der Isolationsschicht 23 verwendete Material ein solches
Material sein, das auch während der Silberlötung (bei
700 bis 850°C) nicht leidet oder zerstört wird, wie
dies bei amorphem Glas, das eine über 700°C liegende
Erweichungstemperatur aufweist, der Fall ist. Das amorphe
Glas wird zermahlen und mit einem Bindemittel beispielsweise
aus einer Ethylcelluloseart gemischt, sowie einem
Flußmittel zur Ausbildung einer Paste, und die so hergestellte
Paste wird auf den Außenumfang der hergestellten
und geformten keramischen Heizeinrichtung 11 aufgetragen
und gebacken oder gesintert, um die Isolationsschicht
mit einer Schichtdicke von 10 bis 100 µm zu
erzeugen. Ferner wird die derart auf der keramischen
Heizeinrichtung 11 ausgebildete Isolationsschicht 23
mit ihrer äußeren Oberfläche fest mit dem Halter 12,
wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, beispielsweise mit
Silberlötmittel verbunden.
Die Isolationsschicht 23 ist dazu vorgesehen, die
elektrische Isolation zwischen der keramischen Heizeinrichtung
11 und dem Halter 12 sicherzustellen. Mit
einer Isolationsschicht einer nicht größeren Dicke als
10 µm kann jedoch ein vorbestimmter Isolationswiderstand
nicht gewährleistet werden. Bei Isolationsschichtdicken,
die 100 µm überschreiten, erreicht nicht nur
der Grad der Verbesserung von dielektrischer Stärke
eine Sättigung, sondern es kommt auch zur Rißbildung
in der isolierenden Schicht 23 aufgrund eines sehr
geringen Unterschiedes im thermischen Expansionskoeffizienten
der keramischen Heizeinrichtung 11, die das
Basismaterial bildet, und der Schicht 23. Darüber hinaus
kann es zu einem Anwachsen der erforderlichen Arbeitszeitstunden
aufgrund der Erhöhung der Anzahl von mehrlagigen
Beschichtungsvorgängen kommen.
Wird ein Test mit einer Glühkerze durchgeführt,
die unter Verwendung einer keramischen Heizeinrichtung 11
zusammengebaut wurde, welche insgesamt Ausmaße von
5 mm⌀×50 mm aufweist, wobei der Heizabschnitt 20
mit einer Abmessung von 3 mm⌀×10 mm hergestellt wird,
so wurde bestätigt, daß die Temperatur der Heizeinrichtung
in 3,5 s 800°C erreicht und auf angenähert 1100°C
ansteigt, wobei die Sättigungstemperatur unter der
erlaubten Grenze von 1200°C gehalten wird. Die Luftdichtheit
zwischen keramischer Heizeinrichtung 11 und
Halter 12 erwies sich als perfekt, und es wurde ebenfalls
in einer Wärmedauerprüfung und in einem intermittierenden
Ermüdungsversuch festgestellt, daß die elektrische Isolation
zwischen Heizeinrichtung und Halter perfekt war.
Im folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei
dem als Material zur Ausbildung der Isolationsschicht 23
kristallines Glas verwendet wurde.
Zunächst wurde eine Paste (Brei oder Masse) hergestellt,
indem die folgenden Materialien gemahlen und
gemischt wurden und zu dieser Mischung ein Bindemittel
(DuPont Nr. 9429) und ein Flußmittel zugesetzt wurden.
Hauptingredienzen SiO₂, Al₂O₃40 Gew.-%
Keim- oder kernbildendes Oxid: TiO₂10 Gew.-%
Weitere Glasoxide: BaO, ZnO, CaO usw.50 Gew.-%
Die resultierende Paste wurde auf die äußere Umfangsfläche
einer zuvor hergestellten keramischen Heizeinrichtung
aufgebracht und zur Ausbildung einer Isolationsschicht
23 mit einer Dicke zwischen 10 bis 100 µm
zusammengebacken bzw. gesintert. Daraufhin wurde die
äußere Umfangsfläche derart auf der keramischen Heizeinrichtung
11 ausgebildet und die Isolationsschicht 23
fest mit dem in Fig. 2 gezeigten Halter 12 verbunden,
wobei beispielsweise Silberlötung angewandt wurde. Die
keramische Heizeinrichtung, die unter Verwendung amorphen
Glases als Material für die Isolationsschicht 23 in der
zuvor beschriebenen Weise hergestellt wurde, zeigte
ebenfalls wie im Fall des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels
außerordentlich gute Ergebnisse.
Als nächstes wurde eine Glühkerze 10 zusammengesetzt,
indem eine Paste oder ein Brei aus einem gemischten Glas
aus amorphem Glas und kristallinem Glas als Material zur
Ausbildung der Isolationsschicht 23 zubereitet wurde,
wobei ansonsten wie im Fall des zuvor erwähnten amorphen
Glases mit hoher Erweichungstemperatur vorgegangen wurde.
Das Volumenverhältnis einer Mischung aus amorphem und
kristallinem Glas sollte vorzugsweise mehr als 5% und
weniger als 70% des amorphen Glases betragen. Die so
hergestellte und zusammengesetzte Glühkerze zeigte dieselben
Eigenschaften und Qualitäten wie das oben erwähnte
Ausführungsbeispiel.
In Fig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt einer
keramischen Heizeinrichtung eines weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels dargestellt. Dabei sind
die Teile, die den in Fig. 2 gezeigten Teilen entsprechen,
mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 3
wird die Isolationsschicht 23 ausgebildet, indem die
Paste, die in der zuvor beschriebenen Weise zubereitet
wird, auf die Außenumfangsfläche der zuvor geformten
keramischen Heizeinrichtung 11 im Schablonen- oder
Siebdruck (Serigarphie) unter Verwendung eines 300-
Maschen-Metallnetzwerkes, das beispielsweise aus rostfreiem
Stahl gefertigt ist, aufgebracht wird. In diesem
Fall kann eine Isolationsschicht 23 gleichförmiger Dicke,
deren vordere Kante a und rückwärtige Kante b einander
überlappen, hergestellt werden, indem die Paste mit
einer Bürste aufgetragen wird, während die keramische
Heizeinrichtung 11 unter dem Metallnetzwerk rotiert
wird. Die Dicke einer Isolationsschicht 23 aus einer
einzelnen Lage oder Schicht, die in der zuvor beschriebenen
Weise hergestellt wird, liegt in der Nähe von
15 µm. Eine dickere Isolationsschicht 23 vorbestimmter
Abmessungen kann durch Laminierung mehrerer derartiger
Einzellagen-Isolationsschichten ausgebildet werden. In
diesem Fall einer Feinschichtung oder Laminierung
mehrerer einzelner Lagen oder Schichten kann dafür
gesorgt werden, daß eine Lücke, Pore oder ein Mikroriß
auf irgendeiner dieser einzelnen Schichten mit einer
weiteren fehlerfreien einzelnen Schicht abgedeckt wird,
so daß auf diese Weise das Freiliegen der keramischen
Heizoberfläche durch eine solche Lücke oder einen solchen
Mikroriß verhindert ist und die Isolationsfähigkeit
verbessert ist. Je größer die Anzahl der einzelnen
feinen Schichten, um so besser wird diese Isolationsfähigkeit,
jedoch ist eine geeignete Anzahl von übereinandergelagerten
Schichten unter Einbeziehung der
Produktivität im Bereich von zwei bis fünf Schichten
oder vorzugsweise zwei bis drei Schichten. Obwohl die
vorderen und rückwärtigen Enden a und b (Fig. 3) jeder
Schicht bei der oben erwähnten Laminierung einander
überlappen, so können dennoch Variationen in der gesamten
Schichtdicke minimiert werden, indem die überlappenden
Bereiche aller Schichten geringfügig gegeneinander
verschoben sind. Die äußere Oberfläche der
in dieser Weise auf der keramischen Heizeinrichtung 11
aufgebrachten Isolationsschicht 23 wird wie in den
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Silberlötung
auf die Innenseite des Halters 12 bondiert und
fest mit dieser verbunden. Bei Veränderung der Dicke
der Pastenschicht oder des Pastenfilms bei der zuvor
erwähnten Serigraphie (screen printing) können die
Viskosität der verwendeten Paste oder die Maschen des
Metallnetzwerkes entsprechend geändert werden.
Im folgenden wird das Bondierungsverfahren, d. h.
das Verfahren zur festen Verbindung von der keramischen
Heizeinrichtung 11 und dem Halter 12 näher erläutert.
Das gebräuchlichste Material zur Bondierung beider
Elemente ist Silberlötmittel. Die Verwendung von der
Isolationsschicht 23 aus Isolationsmaterial, wie beispielsweise
Glas, auf der äußeren Umfangsfläche der
Leitungen 21 und 22 der keramischen Heizeinrichtung 11
kann jedoch eine nicht perfekte und unzureichende Verbindung
bzw. Bondierung aufgrund der unzureichenden
Benetzbarkeit der Isolationsschicht 23 mit Silberlötmittel
hervorrufen, was zu einer verschlechterten Luftdichtheit
führt. Zur Verbesserung der Benetzungseigenschaften
der Isolationsschicht 23 kann aus diesem Grund
eine metallisierte Schicht auf der äußeren Umfangsfläche
der Isolationsschicht 23 ausgebildet werden. Verschiedenste
Arten metallisierter Schichten von 5 bis 20 µm
Dicke wurden ausgebildet, indem fünf Materialarten zur
Ausbildung dieser Schicht verwendet wurden:
Ag-Pd-Paste, Ni-Paste, Ni-Plattierung, Ag-Paste und
Ni-Plattierung/Ag-Paste, wobei das Zusammenbacken bzw.
Sintern bei 750 bis 850°C erfolgte. Daraufhin wurden
entsprechende Glühkerzen 10 mit dem in Fig. 2 gezeigten
Aufbau mit jeweils einer dieser metallisierten Schichten
zusammengesetzt. Die Halter 12 aus beispielsweise rostfreiem
Stahl wurden auf die verschiedenen keramischen
Heizeinrichtungen 11 unter Verwendung von Silberlötmittel
bondiert.
Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Testen auf
Luftdichtigkeit oder Luftdichtheit der so zusammengesetzten
Glühkerzen, wobei zehn in Wasser eingetauchte Proben
getestet wurden, auf welche ein Druck, der dem zehnfachen
Atmosphärendruck entsprach, ausgeübt wurde.
Metallisierte SchichtAkzeptanzrate (%)
Ag-Pd-Paste100
Ni-Paste100
Ni-Plattierung 30
Ag-Paste 20
Ni-Paste + Ag-Paste 60
(Ohne metallisierte Schicht) 0
Wie aus der Tabelle hervorgeht, konnten die Glühkerzen
ohne die metallisierende Schicht keine zufriedenstellende
Luftdichtheit sicherstellen, weil die
keramische Heizeinrichtung 11 aufgrund unzureichender
Benetzungsfähigkeit zwischen der Isolationsschicht 23
auf den Zuleitungen 21 und 22 der keramischen Heizeinrichtung
11 und dem Silberlötmittel als Bindematerial
nicht gut genug mit dem Halter 12 verbunden war. Andererseits
weisen die mit der erfindungsgemäßen metallisierten
Schicht versehenen Glühkerzen ausreichend gute
Benetzungseigenschaften mit dem Silberlötmittel auf,
so daß eine gute Verbindung oder Bondierung sichergestellt
ist. Insbesondere erwiesen sich die metallisierten
Schichten aus Ag-Pd-Paste und Ni-Paste als die Luftdichtheit
außerordentlich fördernde Schichten.
Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Mittel
zum Verhindern des zuvor erwähnten Blisterphänomens, das
auf der Außenfläche der keramischen Heizeinrichtung
auftritt, erläutert. Wie zuvor bemerkt, muß dieses
Blasigwerden oder Ausblühen verhindert werden, weil
dieses Phänomen die elektrische Leitfähigkeit vermindert.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung untersuchten
die Gründe dieses Blisterphänomens in elektrisch leitfähigem
gesintertem Sialon und gelangten zur Erkenntnis,
daß die Blasenbildung in Relation zur Dicke der im gesinterten
Produkt ausgebildeten Oxidschicht steht.
Zunächst wurde ein elektrisch leitfähiges gesintertes
Sialon gewonnen, indem ein geringer Anteil Al₂O₃ dem
Rohmehl oder Rohpulver, das aus Si₃N₄ als Hauptingredienz
und 7 Gew.-% an Y₂O₃ besteht, hinzugefügt wurde,
das bei dieser Hinzufügung gewonnene Additivprodukt
mit 30 Vol.-% oder mehr als eine Art von dem Carbid,
Nitrid und Carbid/Nitrid von Ti gemischt wurde und
diese Mischung gesintert wurde. Das gesinterte Produkt
wurde in Abmessungen (mit halbkreisförmigem Querschnitt
und einer Länge von angenähert 20 mm) geformt, die dem
Heizabschnitt 20 der keramischen Heizeinrichtung 11 in
Fig. 2 entsprechen. Wurde eine Spannung von 5 V über
beide Enden des gesinterten Produktes gelegt, so zeigte
das Sinterprodukt eine solche Temperaturverteilung, daß
die höchste Temperatur im mittleren Bereich des Sinterproduktes
erreicht wurde, wobei die Temperatur graduell
zu den Enden des Sinterproduktes hin abnahm. Angenähert
30 s nach Anlegen der Spannung stabilisierte sich die
Temperaturverteilung, wobei der mittlere Bereich angenähert
1020°C und die Enden angenähert 700°C erreichten.
Unter Beurteilung aus der Tatsache, daß die
Blasenbildung oder Oberflächenverdickung häufig an einer
bestimmten Stelle einige Millimeter vom Zentrum des
gesinterten Produktes entfernt auftritt und aus der
oben erwähnten Temperaturverteilung wird geschlossen,
daß es eine enge Beziehung zwischen dem Blisterphänomen
und der Temperatur gibt.
Um diese Vermutung sicherzustellen, wurde ein
elektrisch leitfähiges gesintertes Sialon in einen
elektrischen Brennofen gebracht und auf verschiedenen
Temperaturen gehalten, um die Beziehung zwischen Heiztemperaturen
und Änderungen in der Struktur des Sialons
zu untersuchen. Es wurde als Ergebnis gefunden, daß
die Dicke der Oxidschicht in der Nähe von 850°C der
Heiztemperatur sehr viel größer als bei jeder anderen
Temperatur wird. Ferner wurde aus der Beziehung zwischen
der oben erwähnten Temperaturverteilung und der Lage von
Blasenbildungen geschlossen, daß diese Blasenbildung
dazu neigt, an Stellen aufzutreten, wo die Oxidschicht
dick ist. Das heißt, daß die Einstellung und Steuerung der
Dicke der Oxidschicht außerordentlich wichtig zur Verhinderung
des Blasenbildungseffektes ist.
Im folgenden wird der Zusatz von Y₂O₃ als Sinterhilfsmittel
erläutert.
Zunächst wurden Testproben 1 bis 5 und eine Kontrollprobe
vorbereitet, indem Si₃N₄, Poly-AlN (AlN-Polytyp)
und Y₂O₃ mit dem in Tabelle 2 angegebenen Mischverhältnis
vermengt oder vermischt wurden, wobei dieser
Mischung 5 Gew.-% Al₂O₃ zugesetzt wurden und 30 Vol.-%
TiN mit diesem Additionsprodukt gemischt wurden, um die
jeweiligen Rohpulver oder Rohmehle zu gewinnen. Jedes
der Rohpulver wurde unter kaltem isostatischem Pressen
geformt und bei 1600 bis 1900°C in einer Stickstoffatmosphäre
unter Normaldruck gesintert. Die Rohpulver
können auch durch Preßverfahren, Spritzgießverfahren,
Schlickergießverfahren und andere Herstellungsvorgänge
anstatt durch kaltes isostatisches Pressen geformt
werden. Die Eigenschaften der gesinterten Produkte
können weiterhin durch heißes isostatisches Pressen
nach dem Sintern verbessert werden.
Die gesinterten Produkte werden in die gleiche
Form sowie Abmessungen wie die zuvor beschriebenen geformt
und bei 850°C für 80 h in einem Heizofen gehalten.
Daraufhin werden die Dicken der auf der Oberfläche der
Testproben hervorgerufenen Oxidschichten sowie der
Kontroll- oder Vergleichsprobe gemessen.
Die Darstellung in Fig. 4 zeigt die Beziehung
zwischen dem Anteil an Y₂O₃ und der Dicke und Biegesteifigkeit
der Oxidschicht. Wie aus dieser Figur
augenscheinlich hervorgeht, wird die Oxidschicht
schnell dick, wenn der Y₂O₃-Anteil 5 Gew.-% überschreitet.
Dies bedeutet, daß bei einem Y₂O₃-Anteil
geringer als 5 Gew.-% das Sinterprodukt hohe Antioxydationsqualitäten
aufweist, wobei kaum Blasenbildung
hervorgerufen wird. Mit einem Y₂O₃-Anteil von
weniger als 4 Gew.-% können noch bessere Ergebnisse
erzielt werden, da die gleichbleibend erzeugte Oxidschicht
eine Dicke von angenähert 10 µm aufweist,
wodurch sich ausreichende Antioxydationseigenschaften
ergeben. Darüber hinaus wurde gefunden, daß Änderungen
im Anteil an Y₂O₃ außerordentlich geringe Einflüsse
auf die Biegesteifigkeit aufweisen.
Darüber hinaus stellt die Fig. 5 die Beziehung
zwischen dem Anteil an Y₂O₃, dem spezifischen Widerstand
und der relativen Dichte dar. Wie aus der
Fig. 5 hervorgeht, sind Änderungen im spezifischen
Widerstand und der relativen Dichte auch dann außerordentlich
gering, wenn der Anteil an Y₂O₃ sich
ändert.
Hieraus folgt, daß auch dann, wenn der Y₂O₃-Anteil
auf weniger als 5 Gew.-% herabgesetzt wird, um die
Antioxydationseigenschaften des elektrisch leitfähigen
gesinterten Sialons zur Vermeidung des genannten
Blistereffektes zu verbessern, praktisch keinerlei
Effekte den spezifischen Widerstandskoeffizienten oder
andere Eigenschaften des elektrisch leitfähigen gesinterten
Sialons beeinflussen.
Daraufhin wurden Testproben 6 und 7 und eine
Kontroll- oder Vergleichsprobe hergestellt, indem
Si₃N₄, Poly-AlN und Y₂O₃ mit den in Tabelle 3 gezeigten
Mischverhältnissen vermengt wurden, 5 Gew.-% Al₂O₃
dieser Mischung hinzugefügt wurden und das Additionsprodukt
zur Gewinnung der jeweiligen Rohpulver mit
30 Vol.-% TiN gemischt wurde. Jedes der so gewonnenen
Rohpulver wurde entsprechend geformt und unter den
gleichen Bedingungen wie zuvor an Hand der Testproben
1 bis 5 erläutert gesintert.
Ferner wurden Elektroden an beiden Enden jedes
Sinterproduktes angebracht (dessen Form und Abmessungen
denen der Testproben 1 bis 5 entsprachen), und es
wurde eine Spannung kontinuierlich an die Elektroden
gelegt, um den mittleren Bereich des Sinterproduktes
jeweils auf 1100°C zu halten. In diesem Zustand wurde
die Zeit gemessen, die verstrich, bis jedes Sinterprodukt
so weit oxydiert war, daß eine Blasenbildung
oder Rißbildung hervorgerufen wurde. Die Meßergebnisse
sind in Tabelle 4 dargestellt.
Darüber hinaus wurden die Testproben 6 und 7 und
die Kontroll- oder Vergleichsprobe, die jeweils mit
den in Tabelle 3 aufgeführten Zusammensetzungen zubereitet
wurden, wiederholt einem Zyklus unterworfen, in
welchem jeweils eine Spannung an die Proben angelegt
wurde, bis 1100°C in ihren mittleren Bereichen erreicht
wurde, in welchem ferner die Proben 30 s auf dieser
Temperatur gehalten wurden und die Spannung 60 s lang
abgeschaltet wurde, um die Zeit und die Anzahl derartiger
Zyklen zu bestimmen, die die Test- und
Kontrollproben jeweils aushielten. Die Ergebnisse
dieser Messungen sind ebenfalls in Tabelle 4 eingeschlossen.
Wie aus der Tabelle 4 hervorgeht, wiesen die
Testproben mit einem Y₂O₃-Anteil von weniger als
5 Gew.-% eine beträchtlich längere Haltbarkeitszeit
als die Kontrolle der Vergleichsprobe auf. Die
Testprobe mit 3 Gew.-% wies eine Lebensdauer oder
Haltbarkeit auf, die groß genug war, der Blasenbildung
zu widerstehen. Das Sinterprodukt mit Y₂O₃-
Anteil an 5 Gew.-% wies eine beträchtlich längere
Lebensdauer als die Vergleichsprobe auf. Bei 3 Gew.-%
Y₂O₃-Anteil weist die Testprobe eine ausreichende
Dauerhaftigkeit und Haltbarkeit auf.
Im folgenden wurden zwei Testproben in der
gleichen Weise wie die zuvor beschriebenen Testproben
zubereitet, wobei in der Zusammensetzung der
Testprobe 6 anstelle TiN TiC und TiCN verwendet
wurden.
Bezüglich beider Sinterprodukte, die in solcher
Weise hergestellt wurden, wurde die Haltbarkeitszeit
bis zum Auftreten von Blasen gemessen sowie ebenfalls
Haltbarkeitszyklen durch Wiederholen der Ein/Aus-Schaltung
der Spannung. Die Meßergebnisse waren im wesentlichen
die gleichen wie bei der Testprobe 6.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
sind zwei externe Verbindungsanschlüsse elektrisch an
metallische Leitungsdrähte angeschlossen, die auf den
Leitungen der keramischen Heizeinrichtung vorgesehen
sind. Dabei kann jeder der externen Verbindungsanschlüsse
elektrisch mit dem rückwärtigen Teil des
Halters verbunden werden. Die Erfindung ist nicht auf
die in den Ausführungsbeispielen erläuterten Konstruktionsbeispiele
beschränkt, es können statt dessen die
Form sowie der Aufbau jedes Teils geändert oder in
geeigneter Weise modifiziert werden. So ist beispielsweise
die keramische Heizeinrichtung 11 nicht auf die
kreisrunde Querschnittsform beschränkt, sondern kann
auch entsprechend einen rechtwinkligen, quadratischen,
vieleckigen oder länglichen Querschnitt aufweisen.
Darüber hinaus können als Verfahren zur Ausbildung der
Isolationsschicht auch Bürstenverfahren, Sprühverfahren
oder andere geeignete Mittel zur Erzeugung einer Paste
oder eines breiigen Films angewandt werden. Auch sind
die Mittel zur Ausbildung der Isolationsschicht durch
Laminierung einzelner Schichten nicht auf das Siebdruckverfahren
beschränkt, wie es in den Ausführungsbeispielen
vorgesehen wurde, sondern es können sämtliche
anderen geeigneten Mittel zur Filmlaminierung oder
-überziehung angewandt werden. Das Bindematerial zum
Bondieren der keramischen Heizeinrichtung an den Halter
kann jedes andere geeignete Bindematerial als Silberlötmittel
sein, sofern dieses an die Materialien der
Isolationsschicht und des Halters entsprechend angepaßt
ist.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau bzw. diesen
Eigenschaften weist die erfindungsgemäße Glühkerze für
Dieselmotoren die folgenden Vorteile auf.
(1) Trotz ihres einfachen Aufbaus kann die
Glühkerze, die einen Heizbereich oder Heizabschnitt
aufweist, der an der äußeren Fläche der Heizvorrichtung
freiliegt, deren vorderes Ende oder Spitze
schneller und zuverlässiger rotglühend werden lassen
als beim gebräuchlichen Typ und kann deren Schnellheitsfunktion
einen uneingeschränkten Spielraum verleihen.
(2) Da die elektrisch leitenden Keramiken zur
Ausbildung des Heizabschnitts und der Zuleitungen aus
demselben Material hergestellt sind, treten praktisch
keine Sprünge oder Risse und andere unerwünschte Vorgänge
auf, die während der Aufheizung der Heizeinrichtung
durch einen scharfen Temperaturanstieg verursacht
werden, so daß die Zuverlässigkeit, wie beispielsweise
die Hitzebeständigkeit, verbessert sind.
(3) Wegen einer geringen thermischen Kapazität
der Spitze oder des vorderen Bereichs des Heizabschnitts
weist die Heizeinrichtung Eigentemperatur-
Sättigungseigenschaften auf, die ein langes Nachglühen
als Abgas- und Geräuschkontrollmaßnahmen für den
Dieselmotor ermöglichen.
(4) Durch die insgesamt einfache Konstruktion
sind die Formgebung, die Bearbeitung und der Zusammenbau
der Glühkerze leicht, was zu einer besseren Produktivität
führt.
(5) Da das Material zur Ausbildung der Isolationsschicht
auch bei den Bondierungstemperaturen des
Bindematerials nicht schlechter wird, können die Aufrechterhaltung
der elektrischen Isolationsfähigkeit,
die Eliminierung thermischer Spannungsbrüche, die Luftdichtheit
und elektrische Isolationsfähigkeit wesentlich
verbessert werden und die Zuverlässigkeit drastisch
erhöht werden.
(6) Wegen der außerordentlich geringen Differenzen
im Ausmaß der Dicke der Isolationsschicht kann die
keramische Heizeinrichtung außerordentlich leicht und
zuverlässig an den Halter bondiert werden, d. h. fest
mit diesem verbunden werden.
(7) Da zwischen der keramischen Heizeinrichtung
und dem Bindemittel oder Bondierungsmaterial geeignete
Benetzungseigenschaften erhalten werden können, kann
die Luftdichtheit vollständig erzielt werden, wodurch
die Zuverlässigkeit weiterhin drastisch verbessert ist.
(8) Der Blistereffekt oder die Blasenbildung der
keramischen Heizeinrichtung kann verhindert werden,
indem der Y₂O₃-Anteil in der chemischen Zusammensetzung
der keramischen Heizeinrichtung unter 5 Gew.-% gehalten
wird, wodurch eine geringere Neigung zu Brüchen
und Rißbildungen und eine erhöhte Haltbarkeit erzielt
werden. Auch bei einem Y₂O₃-Anteil von weniger als
5 Gew.-% verbleiben die Biegesteifigkeit, der spezifische
Widerstandskoeffizient und andere Eigenschaften
der keramischen Heizeinrichtung im wesentlichen auf
den gleichen Werten wie bei Zusammensetzungen mit
höheren Y₂O₃-Anteilen. Infolgedessen treten auch dann
keinerlei Probleme auf, wenn der Y₂O₃-Anteil vermindert
wird.
Claims (17)
1. Glühkerze für Dieselmotoren,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine keramische Heizeinrichtung (11) mit einem ihrer
Enden freitragend nach außen gerichtet durch das vordere
Ende eines hohlen Halters (12) gehaltert ist; daß die
keramische Heizeinrichtung aus einem U-förmigen Heizabschnitt
(20) und einem Paar sich von beiden Enden des
U-förmigen Heizabschnitts nach hinten erstreckenden
Leitungen (21, 22) gebildet ist, wobei beide, das Leitungspaar
und der Heizabschnitt, integral aus einem
elektrisch leitenden gesinterten Sialon geformt sind,
welches gebildet wird, indem ein geringer Anteil Al₂O₃
zu einem Rohpulver hinzugefügt wird, das Si₃N₄ als Hauptingredienz
enthält, sowie einen geringen Anteil an Poly-
AlN und weniger als 5 Gew.-% Y₂O₃, und indem dieses
Additionsprodukt mit 23 bis 70 Vol.-% aus mehr als einer
der Arten Titan-Carbid, -Nitrid und -Carbid/Nitrid gemischt
wird; daß eine Isolationsschicht (23) auf der
Außenfläche zumindest einer der Leitungen (21, 22) vorgesehen
ist und festhaftend mit der Halterinnenseite verbunden
ist, von der sie gehalten wird; und daß das rückwärtige
Ende zumindest einer der Leitungen (21, 22) mit
Hilfe eines metallischen Leitungsdrahts (16, 17) mit einem
externen Verbindungsanschluß (13, 14) verbunden ist, der
am rückwärtigen Ende des Halters (12) isoliert gehaltert
ist.
2. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) aus amorphem Glas mit
einem Erweichungspunkt von über 700°C oder einem kristallinen
Glas gebildet ist und mit einer Schichtdicke
von 10 bis 100 µm ausgebildet ist.
3. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) aus einem Mischglas aus
amorphem und kristallinem Glas gebildet ist und mit
einer Schichtdicke von 10 bis 100 µm ausgebildet ist.
4. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) aus mehreren laminierten
Schichten gebildet ist.
5. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) so ausgebildet ist, daß
das Ausmaß der Dickenunterschiede der Isolationsschicht
unter 100 µm liegt.
6. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wanddicke des U-förmigen Heizabschnitts (20),
der die keramische Heizeinrichtung umfaßt, kleiner als
die Wanddicke dieser Leitungen (21, 22) ist.
7. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) auf der Außenfläche
dieser Leitungen (21, 22) vorgesehen ist und festhaftend
mit der Halterinnenseite verbunden ist, von der sie
gehalten wird, und daß die rückwärtigen Enden der
Leitungen (21, 22) über metallische Leitungsdrähte
(16, 17) mit den externen Verbindungsanschlüssen (13,
14) verbunden sind, die am rückwärtigen Ende des Halters
isoliert gehaltert sind.
8. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) auf der Außenfläche der
Leitungen (21, 22) vorgesehen ist und festhaftend mit
der Halterinnenseite verbunden ist, von der sie gehalten
wird, und daß eines der rückwärtigen Enden der Leitungen
(21, 22) mit dem rückwärtigen Ende des Halters (12)
verbunden ist und das andere Ende dieser Leitungen mit
einem externen Verbindungsanschluß, der am rückwärtigen
Ende des Halters isoliert gehaltert ist.
9. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) durch ein serigraphisches
Verfahren ausgebildet wird.
10. Glühkerze für Dieselmotoren,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine keramische Heizeinrichtung (11) mit einem ihrer
Enden freitragend nach außen gerichtet, durch das vordere
Ende eines hohlen Halters (12) gehaltert ist; daß die
keramische Heizeinrichtung aus einem U-förmigen Heizabschnitt
(20) und einem Paar sich von beiden Enden des
U-förmigen Heizabschnitts nach hinten erstreckenden Leitungen
(21, 22) gebildet ist, wobei beide, das Leitungspaar
und der Heizabschnitt integral aus einem elektrisch
leitenden gesinterten Sialon geformt sind, welches gebildet
wird, indem ein geringer Anteil Al₂O₃ zu einem
Rohpulver hinzugefügt wird, das Si₃N₄ als Hauptingredienz
enthält, sowie einen geringen Anteil an Poly-AlN und
weniger als 5 Gew.-% Y₂O₃, und indem dieses Additionsprodukt
mit 23 bis 70 Vol.-% aus mehr als einer der Arten
Titan-Carbid, -Nitrid und -Carbid/Nitrid gemischt wird;
daß eine Isolationsschicht (23) und eine metallisierte
Schicht auf der Außenfläche zumindest einer der Leitungen
(21, 22) vorgesehen sind und festhaftend mit der Halterinnenseite
mit Hilfe eines Bindemittels verbunden sind,
von der sie gehalten sind; und daß das rückwärtige Ende
zumindest einer der Leitungen (21, 22) mit Hilfe eines
Leitungsdrahts (16, 17) mit einem externen Verbindungsanschluß
(13, 14) verbunden ist, der am rückwärtigen
Ende des Halters (12) isoliert gehaltert ist.
11. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) aus amorphem Glas mit
einem Erweichungspunkt über 700°C oder kristallinem
Glas gebildet ist und mit einer Schichtdicke von 10 bis
100 µm ausgebildet ist.
12. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) mit einem serigraphischen
Verfahren ausgebildet wird.
13. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die metallisierte Schicht durch Brennen einer
Ag-Pd-Paste oder einer Ni-Paste ausgebildet wird.
14. Glühkerze für Dieselmotoren,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine keramische Heizeinrichtung (11) mit einem
ihrer Enden freitragend nach außen gerichtet durch das
vordere Ende eines hohlen Halters (12) gehaltert ist;
daß die keramische Heizeinrichtung aus einem U-förmigen
Heizabschnitt (20) und einem Paar sich von beiden Enden
des U-förmigen Heizabschnitts nach hinten erstreckenden
Leitungen (21, 22) gebildet ist, wobei beide, das Leitungspaar
und der Heizabschnitt, integral aus einem
elektrisch leitenden gesinterten Sialon geformt sind,
welches gebildet wird, indem ein geringer Anteil Al₂O₃
zu einem Rohpulver hinzugefügt wird, das Si₃N₄ als Hauptingredienz
enthält, sowie einen geringen Anteil an Poly-
AlN und weniger als 5 Gew.-% Y₂O₃, und indem dieses
Additionsprodukt mit 23 bis 70 Vol.-% aus mehr als einer
der Arten Titan-Carbid, -Nitrid und -Carbid/Nitrid gemischt
wird; daß eine isolierende Lage (27) zwischen
den Leitungen (21, 22) der keramischen Heizeinrichtung
(11) integriert zumindest an einer dem vorderen Ende
des Halters entsprechenden Lage eingebracht ist und
daß eine Isolationsschicht (23) auf der Außenfläche
zumindest einer der Leitungen vorgesehen ist und festhaftend
mit der Halterinnenseite verbunden ist, von
der sie gehalten wird; und daß das rückwärtige Ende
zumindest einer der Leitungen (21, 22) mit Hilfe eines
metallischen Leitungsdrahts (16, 17) mit einem externen
Verbindungsanschluß (13, 14) verbunden ist, der am
rückwärtigen Ende des Halters (12) isoliert gehaltert
ist.
15. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht aus einem amorphem Glas mit
einem Erweichungspunkt über 700°C oder kristallinem
Glas gebildet ist und mit einer Schichtdicke von 10 bis
100 µm ausgebildet ist.
16. Glühkerze für Dieselmotoren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (23) in einem serigraphischen
Verfahren ausgebildet wird.
17. Glühkerze für Dieselmotoren,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine keramische Heizeinrichtung (11) mit einem
ihrer Enden freitragend nach außen gerichtet durch das
vordere Ende eines hohlen Halters (12) gehaltert ist;
daß die keramische Heizeinrichtung aus einem U-förmigen
Heizabschnitt (20) und einem Paar sich von beiden Enden
des U-förmigen Heizabschnitts nach hinten erstreckenden
Leitungen (21, 22) gebildet ist, wobei beide, das
Leitungspaar und der Heizabschnitt, integral aus einem
elektrisch leitenden gesinterten Sialon geformt sind;
daß eine Isolationsschicht (23) auf der Außenfläche
zumindest einer der Leitungen (21, 22) vorgesehen ist
und festhaftend mit der Halterinnenseite verbunden ist,
von der sie gehalten wird; daß die Isolationsschicht
aus amorphem Glas mit einem Erweichungspunkt über
700°C oder kristallinem Glas gefertigt ist und mit
einer Schichtdicke von 10 bis 100 µm ausgebildet ist;
und daß das rückwärtige Ende zumindest einer der Leitungen
(21, 22) mit Hilfe eines metallischen Leitungsdrahts
(16, 17) mit einem externen Verbindungsanschluß
(13, 14) verbunden ist, der am rückwärtigen Ende des
Halters (12) isoliert gehaltert ist.
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