DE3923582C2 - Glow plug - Google Patents

Glow plug

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DE3923582C2 DE3923582A DE3923582A DE3923582C2 DE 3923582 C2 DE3923582 C2 DE 3923582C2 DE 3923582 A DE3923582 A DE 3923582A DE 3923582 A DE3923582 A DE 3923582A DE 3923582 C2 DE3923582 C2 DE 3923582C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze gemäß der DE-PS 38 25 013.The invention relates to a glow plug according to the DE-PS 38 25 013.

Selbstregelnde Glühkerzen mit Heiz- und einteiliger Regelwendel sind aus zahlreichen Vorveröffentlichungen bekannt. So wird bei­ spielsweise in DE 28 02 625 eine Glühkerze beschrieben, die zwei in Reihe verbundene Widerstandswendeln aufweist, von denen die hintere Widerstandswendel einen höheren positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten als die vordere, als Heizelement dienende Widerstandswendel aufweist, wobei beide Widerstandswendeln in dem Glühstift angeordnet sind.Self-regulating glow plugs with heating and one-part regulating filaments are out known numerous previous publications. So at example described in DE 28 02 625 a glow plug, the has two resistance coils connected in series, from which the rear resistance coil has a higher positive Temperature resistance coefficient than the front one, as Has heating element serving resistance coil, both Resistance coils are arranged in the glow plug.

In DE 34 21 950 wird eine selbstregelnde Glühkerze beschrieben, die ebenfalls eine in Reihe geschaltete Heiz­ wendel und eine Regelwendel aufweist, wobei die Heizwendel aus einer Wolframlegierung besteht, die bei 1000°C einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist, der gleich oder kleiner als das Vierfache des Widerstands bei Raumtem­ peratur ist, und wobei die Regelwendel aus einem Draht be­ steht, der bei 1000°C einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist, der gleich oder größer als das Fünffache des Widerstands bei Raumtemperatur ist.DE 34 21 950 describes a self-regulating glow plug described, which also has a series heating coil and has a control coil, the heating coil consists of a tungsten alloy, the one at 1000 ° C. Has temperature coefficient of resistance that is the same or less than four times the resistance at room temperature temperature, and the control coil be made of a wire stands that has a positive temperature coefficient at 1000 ° C of resistance equal to or greater than that Is five times the resistance at room temperature.

Aus JP 60-26223 ist eine Glühkerze bekannt, die ein elektrisches Widerstandselement aufweist, dessen elektri­ scher Widerstand bei 1000°C mehr als dreimal so groß wie bei Normaltemperatur ist.From JP 60-26223 a glow plug is known, the one has electrical resistance element, the electri shear resistance at 1000 ° C more than three times that of Is normal temperature.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile Glühstiftkerzen zur Verfügung zu stellen, deren Aufheizzeit gegenüber der der vorbekannten Glühstiftkerzen deutlich verringert ist, wobei gleichzeitig eine ausreichende Lebensdauer der Glühkerzen gewährleistet ist. Gleichzeitig sollen solche Glühstiftkerzen einfach herstellbar sein und den Einsatz von Steuergeräten zur Lösung der gestellten Aufgabe entbehrlich machen. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung solcher Glühstiftkerzen.The object of the invention is to avoid the known disadvantages of glow plugs for To provide, the heating time compared to that of previously known glow plugs is significantly reduced, whereby at the same time a sufficient lifespan of the glow plugs is guaranteed. At the same time, such glow plugs are said to be be easy to manufacture and use of control units make it unnecessary to solve the task. The The invention also relates to a method of manufacture such glow plugs.

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß die Glühkerze gemäß DE 38 25 013 besonders wirkungsvoll funktio­ niert, wenn die Regelwendel aus einer Kobalt-/Eisenlegierung besteht, wobei diese Legierung 23-25 Gew.-% Eisen, im übrigen Kobalt enthält. Dieses gilt insbesondere, wenn der Eisen­ gehalt etwa 25 Gew.-% im übrigen Kobalt ist.Surprisingly, it has now been found that the Glow plug according to DE 38 25 013 particularly effective functio if the control coil is made of a cobalt / iron alloy consists, this alloy 23-25 wt .-% iron, the rest Contains cobalt. This is especially true when the iron content is about 25% by weight in the rest of cobalt.

Die Ergebnisse werden noch weiter deutlich verbessert, wenn die Regelwendellegierung durch Sintern hergestellt ist. Dieses gilt, obwohl bisher nicht geklärt werden konnte, warum die Ergebnisse für den vorliegenden Zweck deutlich besser sind, wenn die Legierungen bei gleichem Reinheitsgrad im Sinter- und nicht im Schmelzverfahren hergestellt wurden.The results are still significantly improved, if the control spiral alloy is produced by sintering. This applies, although it has not yet been possible to clarify why the results for the present purpose are significantly better are when the alloys with the same degree of purity in Sintered and not melt were produced.

Der Vorteil der Verwendung der reinen Legierungen Co Fe 23 bis Co Fe 25 liegt in der relativ geringen Widerstandszunahme bis 800°C, wodurch sich rasches Aufheizen ergibt sowie die bei etwa 825°C ausgeprägt auftretende Sprungcharakteristik des Temperaturkoeffizienten, wodurch sich ein wirkungsvolles Abregeln ergibt. Es wurde herausgefunden, daß als obere Grenztemperatur der Heizwendeln 1060°C anzusehen sind; durch die erfindungsgemäß eigentümliche Regelcharakteristik der erfindungsgemäßen Regelwendel sind keine weiteren Bauelemente mehr nötig, um die Überschreitung dieser oberen Grenztemperatur zu verhindern.The advantage of using the pure alloys Co Fe 23 to Co Fe 25 lies in the relatively small increase in resistance up to 800 ° C, which results in rapid heating and the about 825 ° C pronounced jumping characteristics of the Temperature coefficient, making it an effective Downsizing results. It was found that as the top Limit temperature of the heating coils 1060 ° C are to be viewed; by the peculiar invention Control characteristics of the control coil according to the invention are no further components needed to exceed the limit to prevent this upper limit temperature.

Besonders vorteilhafte Glühkerzen der erfindungsgemäßen Art ergeben sich, wenn der der Heizwendel benachbarte Abschnitt aus dem beschriebenen Regelwendelmaterial besteht, und der andere Abschnitt eine an sich bekannte Wendel aus reinem Nickel ist, und wenn Regel- und Heizwendel praktisch vollständig in dem Teil des Rohrs angeordnet sind, der als Glühstift dient und frei von anliegenden, wärmeab­ ziehenden Bauteilen ist.Particularly advantageous glow plugs of the invention Kind arise when the one adjacent to the heating coil Section consists of the described spiral filament material, and the other section a helix known per se is made of pure nickel, and if control and heating filament are arranged almost completely in the part of the tube, which serves as a glow plug and is free of heat pulling components.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert:The invention is illustrated by the following figures explains:

Fig. 1 ist die graphische Wiedergabe des Widerstandsver­ hältnisses verschiedener Wendeldrahtmaterialien in Abhängigkeit von der Temperatur. Fig. 1 is a graphical representation of the resistance ratio of various filament materials as a function of temperature.

Fig. 2 ist die graphische Darstellung der Temperatur der Heizstab-Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit. Fig. 2 is a graphical representation of the temperature of the heating rod surface as a function of time.

Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Glühstiftkerze. Fig. 3 is a preferred embodiment of the glow plug according to the invention.

Es wurde gefunden, daß theoretisch durch Veränderung der Wendelgeometrie des Wendeldrahtes sowie der Ausbildung des Glühstiftes Aufheizzeiten unter 5 Sekunden erhältlich sind, wobei deren Lebensdauer jedoch für den gewünschten Zweck völlig unzureichend ist. Es wurde gefunden, daß dieses vor allem daran liegt, daß die schnelle Aufheizperiode nicht zu "bremsen" ist, so daß sich der Heizstab auf eine Behar­ rungstemperatur von mehr als 1130°C bei üblicher Batteriespan­ nung nach etwa 10 Sekunden einstellt, wobei nach diesseitiger Erkenntnis diese Temperatur die Lebensdauer solcher Glüh­ stiftkerzen entscheidend beeinträchtigt.It was found that, theoretically, by changing the Helix geometry of the helix wire and the formation of the Glow plug heating up times under 5 seconds are available however, their lifespan for the desired purpose is completely inadequate. It was found that this before all because the fast warm-up period is not too is "braking" so that the heating element is on a Behar temperature of more than 1130 ° C with common battery voltage voltage after about 10 seconds, whereby after this side Knowing this temperature the lifetime of such glow pen candles significantly affected.

Verwendet man demgegenüber als Regelwendel eine Widerstandswendel mit höherem Widerstand, ist es nicht möglich, die gewünschte Verkürzung der Aufheizzeit zu erzielen, wenn man auf eine Beharrungstemperatur von etwa maximal 1060°C abzielt.If, on the other hand, one is used as a rule coil Resistance coil with higher resistance, it is not possible to shorten the heating time achieve if you are at a steady temperature of about targets a maximum of 1060 ° C.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die erfin­ dungsgemäße Glühkerze dann besonders wirkungsvoll arbeitet, wenn die Regelwendellegierung (bei gleicher Zusammensetzung, bzw. gleichem Reinheitsgrad) nicht durch Schmelzverfahren, sondern durch Sintern hergestellt wurde.Surprisingly, it has been shown that the inventor the glow plug according to the invention then works particularly effectively, if the standard spiral alloy (with the same composition, or the same degree of purity) not by melting processes, but was made by sintering.

Als ganz besonders geeignet haben sich solche Mate­ rialien herausgestellt, die nicht nur das genannte Wider­ standsverhältnis aufweisen, sondern bei denen sich die Wider­ standsänderung in einem bestimmten Temperaturbereich "sprunghaft" ändert, d. h., daß er sich nicht etwa linear wie bei rein Nickel, sondern wie den genannten Legierungen im Bereich von 600 bis 900° sehr schnell, bezogen auf den übrigen Kurvenverlauf, verändert. Dieses wird durch die Kurven gemäß Fig. 1 aufgezeigt, in der der Verlauf des Widerstandsverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur für die genannten Materialien schematisch wiedergegeben wird. Such materials have proven to be particularly suitable, which not only have the resistance ratio mentioned, but in which the resistance change changes "suddenly" in a certain temperature range, ie that it is not linear as with pure nickel, but as the alloys mentioned, changed very quickly in the range from 600 to 900 °, based on the rest of the curve. This is shown by the curves according to FIG. 1, in which the course of the resistance ratio as a function of the temperature is shown schematically for the materials mentioned.

Entsprechend erfindungsgemäß ausgebildete Glühstiftkerzen zeigen bezüglich ihrer Oberflächentemperatur als Funktion der Zeit ein Verhalten gemäß der Fig. 2. Während bei diesem gezeigten Beispiel die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik die Glühstiftspitzentemperatur von 850°C nach etwa 8 Sekunden erreicht hat, erreicht die erfindungsgemäße Glühstiftkerze diese Temperatur nach etwa 3 bis 4 Sekunden. Darüber hinaus ergibt sich aus der Darstellung qualitativ, daß die erfindungsgemäße Glühstiftkerze bezüglich der Oberflächentemperatur sehr stark "gebremst" wird und sich auf eine Beharrungstemperatur gemäß Fig. 2 von etwa 1000°C einstellt, während die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik sich auf eine Beharrungstemperatur von etwa über 1150°C einstellt.Glow plugs designed according to the invention have a behavior as shown in FIG. 2 with respect to their surface temperature as a function of time . While the glow plug from the prior art has reached the glow plug tip temperature of 850 ° C. after about 8 seconds in this example, the glow plug according to the invention achieves this Temperature after about 3 to 4 seconds. In addition, it follows qualitatively from the illustration that the glow plug according to the invention is "braked" very strongly with respect to the surface temperature and adjusts to a steady-state temperature according to FIG. 2 of about 1000 ° C., while the glow plug from the prior art is at a steady-state temperature of about 1150 ° C.

Die niedrige Beharrungstemperatur der erfindungsgemäßen Glühkerze verbessert jedoch nicht nur die Lebensdauer der Glühstiftkerze entscheidend; sie ermöglicht vor allem auch, daß mit dieser Kerze in den laufenden Motor mit höherer Generatorspannung (bis zu 13 Volt an der Kerze) nachgeglüht werden kann, ohne Heiz- und Regelwendel zu zerstören; dieser Möglichkeit des Nachglühens kommt wesentliche Bedeutung zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas von Dieselmotoren zu. Auf diese Weise entfallen beim Nachglühen die sonst vor­ zusehenden aufwendigen elektrischen oder elektronischen Steuerungen.The low steady-state temperature of the invention Glow plugs not only improve the life of the Glow plug crucial; above all, it enables that with this candle in the running engine with higher Generator voltage (up to 13 volts on the candle) afterglow can be destroyed without destroying the heating and control coil; this Possibility of afterglow is essential Reduction of pollutants in the exhaust gas of diesel engines too. In this way, the afterglow is eliminated watching elaborate electrical or electronic Controls.

Eine typische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze ist in Fig. 3 wiedergegeben.A typical embodiment of the glow plug according to the invention is shown in FIG. 3.

Der Glühstift 1, als verschlossenes Glührohr ausgebil­ det, besteht üblicherweise aus korrosionsbeständigem Werkstoff.The glow plug 1 , ausgebil det as a closed glow tube, usually consists of corrosion-resistant material.

In diesem Schutzrohr ist eine Wendelkombination mit den Abschnitten 2, 3, 6 in einem gut wärmeleitenden Isolierstoff 4 (beispielsweise Magnesiumoxid) eingebettet. A spiral combination with the sections 2, 3, 6 is embedded in a thermally conductive insulating material 4 (for example magnesium oxide) in this protective tube.

Der vordere Abschnitt 2 der hintereinander angeordneten Wendeln wird als Heizwendel bezeichnet und besteht aus einem Drahtmaterial mit geringem positiven oder negativem Tempera­ turkoeffizienten, vorzugsweise aus einem Chrom-/Aluminium- /Eisendraht. Der Durchmesser des Drahtes beträgt üblicher­ weise 0,3 bis 0,5 mm.The front section 2 of the coils arranged one behind the other is referred to as the heating coil and consists of a wire material with a low positive or negative temperature coefficient, preferably of a chrome / aluminum / iron wire. The diameter of the wire is usually 0.3 to 0.5 mm.

Der als Heizwendel ausgebildete Abschnitt 2 ist mit den Abschnitten 3, 6 der Regelwendel üblicherweise durch Verschweißen verbunden. Der Regelwendelabschnitt 3 besteht in diesem Fall aus einer Legierung Kobalt/Eisen, wobei der Kobaltanteil in der Legierung etwa 75% beträgt und der Rest Eisen ist; auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein Material verwendet, dessen Widerstandskennlinie der Anwendung einer Glühkerze angepaßt ist. Dieser Regelwendelabschnitt 3 weist erfin­ dungsgemäß zunächst einen niedrigeren Anstieg des Widerstands auf, während der Widerstand im Bereich der Wendeldrahttem­ peratur von etwa 400 bis etwa 900° steil ansteigt.The section 2 designed as a heating coil is usually connected to the sections 3 , 6 of the control coil by welding. The control coil section 3 in this case consists of an alloy of cobalt / iron, the cobalt content in the alloy being approximately 75% and the rest being iron; In this way, a material is used according to the invention, the resistance characteristic of which is adapted to the use of a glow plug. This regulating coil section 3 has, according to the invention, initially a lower increase in resistance, while the resistance in the area of the spiral wire temperature rises steeply from approximately 400 to approximately 900 °.

Ebenfalls erfindungsgemäß stellt sich die gewünschte Beharrungstemperatur nach etwa 8 Sekunden ein. Die Glüh­ temperatur von etwa 850°C wird bereits nach zwei bis fünf Sekunden erreicht. Der Durchmesser der Regelwendel beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,3 bis 0,4 mm.The desired also arises according to the invention Steady temperature after about 8 seconds. The glow The temperature of around 850 ° C is already reached after two to five Seconds reached. The diameter of the control coil is in this embodiment, about 0.3 to 0.4 mm.

Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Legierungen ergeben sich aus der folgenden Tabelle:Examples of alloys which can be used according to the invention result from the following table:

Demgegenüber besteht der Abschnitt 6 aus einer an sich be­ kannten Wendel, beispielsweise aus reinem Nickel. Durch diese Wendelkombination kann die Widerstandskennlinie be­ züglich der Anwendung der Glühkerze erfindungsgemäß angepaßt werden.In contrast, section 6 consists of a known helix, for example made of pure nickel. With this spiral combination, the resistance characteristic can be adapted according to the invention with respect to the use of the glow plug.

Claims (5)

1. Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftverdich­ tenden Brennkraftmaschine, mit einem Kerzengehäuse, mit einer Anschlußvorrichtung für den Glühstrom und mit einem an dem Kerzengehäuse befestigten Rohr, das an seinem vom Ker­ zengehäuse abgewandten Ende verschlossen ist, wobei in dem Rohr ein drahtwendelförmiges Widerstandselement in einem Isolierstoff angeordnet ist, das Widerstandselement aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln besteht, von denen die dem Gehäuse zugewandte, als Regelwendel dienende Wider­ standswendel einen höheren positiven Temperatur-Widerstands­ koeffizienten als die dem Gehäuse angewandte, als Heizwendel dienende Widerstandswendel aufweist, und wobei die Regelwendel zwei- oder mehrstückig ausgebildet ist, wobei der eine Abschnitt (6) aus an sich bekanntem Regelwen­ delmaterial, und der andere Abschnitt (3) aus einem Material besteht, das
  • a) ein Widerstandsverhältnis, bezogen auf ein Temperatur­ verhältnis von 20°/1000°C, von größer als etwa 7,5 aufweist;
  • b) im Bereich von etwa 400 bis 900°C eine sprunghafte Widerstandsänderung aufweist, nach DE-PS 38 25 013,
1. Glow plug for arrangement in the combustion chamber of an air-compressing internal combustion engine, with a candle housing, with a connecting device for the glow current and with a tube fastened to the candle housing, which is closed at its end facing away from the candle housing, with a wire helical resistance element in the tube an insulating material is arranged, the resistance element consists of two resistance coils connected in series, of which the housing facing, serving as a control coil, resistance coil has a higher positive temperature resistance coefficient than the housing, used as a heating coil, resistance coil, and wherein the control coil is formed in two or more pieces, wherein the one section ( 6 ) from known rule del material, and the other section ( 3 ) consists of a material that
  • a) a resistance ratio, based on a temperature ratio of 20 ° / 1000 ° C, of greater than about 7.5;
  • b) has a sudden change in resistance in the range from about 400 to 900 ° C, according to DE-PS 38 25 013,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel aus einer Kobalt-/Eisenlegierung mit einem Eisengehalt von 23-25 Gew.-%, im übrigen Kobalt, besteht. characterized in that the control coil consists of a cobalt / iron alloy with an iron content of 23-25% by weight, otherwise cobalt. 2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelwendel aus einer Kobalt-/ Eisenlegierung mit einem Eisengehalt von 25 Gew.-%, im übrigen Kobalt, besteht.2. Glow plug according to claim 1, characterized shows that the control coil consists of a cobalt / Iron alloy with an iron content of 25% by weight, otherwise Cobalt. 3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelwendellegierung durch Sintern hergestellt ist. 3. Glow plug according to claim 1 or 2, characterized records that the control spiral alloy by sintering is made.   4. Glühkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Regel- und Heizwendel praktisch vollständig in dem Teil des Rohres angeordnet sind, der als Glühstift dient und frei von anliegenden, wärmeabziehenden Bauteilen ist.4. Glow plug according to at least one of the previous ones Claims, characterized in that Control and heating coil practically completely in the part of the Are arranged tube, which serves as a glow plug and free of adjacent, heat-absorbing components.
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