DE4029185A1 - Gluehkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze für Dieselmotoren mit drei in Reihe geschalteten, wendelförmigen Wider­ standselementen von denen das erste Widerstandselement als Heizelement und die beiden anderen Widerstandselemente als erstes und zweites Regelelement dienen, wobei die Regel­ elemente einen höheren positiven Widerstandskoeffizienten aufweisen als das Heizelement und wobei das erste, direkt mit dem Heizelement verbundene Regelelement aus einem Werkstoff besteht, der 20-35 Gew.-% Eisen, bis zu 1 Gew.-% Verarbeitungszusätze, Rest Kobalt und wahlweise Nickel enthält und dessen spezifischer Widerstand bei 1000°C mindestens das 12-fache des Wertes bei 20°C beträgt.

Eine solche Glühkerze ist aus der DE-OS 38 25 013 bekannt. Durch die Hintereinanderschaltung von Heizelement und Regelelement mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes wird eine Verringerung des Heiz­ stromes mit zunehmender Erhitzung des Heizelements erreicht, ohne daß hierfür eine externe Regelschaltung erforderlich ist. Durch den bei kalter Glühkerze höheren Heizstrom kann somit die Vorglühzeit bei Dieselmotoren verkürzt werden. Bei Verwendung einer Regelwendel aus einem Werkstoff, der im wesentlichen 20-35 Gew.-% Eisen, Rest Kobalt und wahlweise Nickel enthält, wird die Glüh­ temperatur von 850°C bereits nach drei bis fünf Sekunden erreicht. Durch den steilen Anstieg des Widerstandes dieses Regelelements bei Temperaturen oberhalb von etwa 750°C wird ein Durchbrennen der Heizelemente vermieden.

Durch das Hinzufügen eines zweiten Regelelementes, bei dem es sich um eine an sich bekannte Wendel aus z. B. reinem Nickel handelt, zum Regelelement auf Eisen-Kobalt-Basis soll die Widerstandskennlinie bezüglich der Anwendung der Glühkerze angepaßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze anzugeben, die ein verbessertes Regelverhalten zeigt und hierdurch eine kurze Vorglühzeit des Dieselmotors erlaubt sowie eine hohe Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Glühkerze dadurch gelöst,

• - daß das zweite Regelelement im Temperaturintervall von Raumtemperatur bis 800°C einen stärkeren Anstieg des spezifischen Widerstandes aufweist als das erste Regelelement,
• - daß als Werkstoff für das zweite Regelelement eine Co-Basislegierung mit 5-18 Gew.-% Eisen oder 25-60 Gew.-% Nickel verwendet wird und
• - daß das zweite Regelelement eine größere Wendellänge aufweist als das erste Regelelement.

Der Lösung der Aufgabe liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Temperatur der Regelelemente über deren Länge variiert. So ist der vordere Teil der Wendel, welcher direkt mit dem Heizelement verbunden ist, am heißesten, während der hintere Teil, der am weitesten von dem Heiz­ element entfernt ist, die niedrigste Temperatur aufweist. Dies hat zur Folge, daß dieser hintere Teil der Regel­ wendel bei einer einteiligen Regelwendel aus der bekannten Kobalt-Eisen-Legierung noch nicht in ausreichendem Maße zum Regelverhalten beiträgt, wenn das Heizelement und der vordere Teil der Regelwendel bereits die erforderliche Glühtemperatur erreicht haben und deshalb zum Schutze der Glühkerze gegen Durchbrennen eine Reduzierung des Heiz­ stromes erforderlich ist. Eine Verbesserung des Regel­ verhaltens kann auch bei der bekannten Glühkerze mit einer zweiten Regelwendel aus reinem Nickel nicht in ausreichen­ dem Maße erreicht werden, da dieser Werkstoff die guten Regeleigenschaften bereits bei Temperaturen oberhalb von etwa 400°C verliert.

Bei der erfindungsgemäßen Glühkerze weist dagegen das zweite Regelelement einen kontinuierlichen, hohen Anstieg des Widerstandes mindestens bis zu einer Temperatur von 800°C auf, so daß auch der kältere Teil der Regelwendel in verbessertem Maße zum Regelverhalten beiträgt. Das zweite Regelelement sollte hierzu eine größere Länge auf­ weisen als das erste Regelelement, insbesondere sollte seine Länge etwa das 1,5- bis 2,5-fache der Wendellänge des ersten Regelelements betragen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Regelelement aus einem Werkstoff der Legierungszusammensetzung 23-29 Gew.-% Eisen, Rest Kobalt, insbesondere Co-25Fe und das zweite Regelelement aus einem Werkstoff der Zusammen­ setzung 7-12 Gew.-% Eisen, Rest Kobalt, insbesondere Co-8Fe, besteht.

Als Werkstoffe für das zweite Regelelement sind außerdem austenitische, ternäre Kobalt-Eisen-Nickel-Legierungen geeignet, die einen Curiepunkt von größer als 360°C aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels und der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Abhängigkeit des Widerstandsverhältnisses von der Temperatur für verschiedene Werkstoffe

Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glühkerze.

In Fig. 1 ist das Widerstandsverhältnis R(T)/R(20 C) für einen Werkstoff der Zusammensetzung Co-25Fe, wie er bei­ spielsweise für das erste Regelelement verwendet wird, in Kurve A dargestellt. Dieser Werkstoff weist zunächst einen geringen Anstieg des Widerstandsverhältnisses auf, wodurch bei niedrigeren Temperaturen zunächst ein hoher Heizstrom ermöglicht wird. Bei einer Temperatur von etwa 850°C erfolgt dann ein steiler Anstieg des Widerstandes und somit eine Reduzierung des Heizstromes.

In Kurve B ist das Widerstandsverhältnis für Nickel aufge­ tragen, d. h. für den Werkstoff, der bei der bekannten Glühkerze mit zweistückiger Regelwendel als zweites Regel­ element verwendet wird. Die Kurve B flacht bereits bei einer Temperatur von weniger als 400°C ab, was auf das Erreichen der Curietemperatur zurückzuführen ist.

In Kurve C ist das Widerstandsverhältnis einer Legierung der Zusammensetzung Co-8Fe dargestellt. Diese Legierung weist bis zu einer Temperatur von etwa 800°C ein höheres Widerstandsverhältnis auf als die Legierung Co-25Fe und als Nickel. Diese Legierung ist daher besonders geeignet als Widerstandsmaterial für das zweite, kältere Regel­ element in Glühkerzen mit zweistückiger Regelwendel.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glühkerze ist in Fig. 2 dargestellt.

Das wendelförmige Heizelement 1 sowie das erste Regel­ element 2 und das zweite Regelelement 3 sind in einem Glührohr 4 angeordnet, das üblicherweise aus einem korro­ sionsbeständigen Werkstoff wie beispielsweise INCONEL besteht. Der verbleibende Raum zwischen dem Glührohr 4 und dem Heizelement 1 bzw. den Regelelementen 2, 3 ist zur elektrischen Isolation mit einem Isolierstoff 5 wie bei­ spielsweise Magnesiumoxid ausgefüllt. Besonders vorteil­ haft ist es, wenn der Isolierstoff 5 zusätzlich noch eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie beispielsweise Aluminiumnitrid. Das Heizelement 1 und die Regelelemente 2, 3 sind in Reihe geschaltet und durch Schweißstellen 6 miteinander verbunden. Das Heizelement besteht aus einem der üblicherweise hierfür verwendeten Materialien, wie beispielsweise Chrom, Aluminium, Eisen oder Platin. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das erste Regel­ element 2 aus einem Werkstoff mit der Zusammensetzung Co-25Fe, das wie aus Fig. 1, Kurve A ersichtlich ist, einen starken Anstieg des Widerstandes im Temperaturbereich zwischen etwa 800 und 950°C aufweist. Das zweite Heiz­ element 3, das aufgrund der größeren räumlichen Entfernung vom Heizelement 1 während des Aufheizprozesses eine geringere Temperatur aufweisen wird, besteht in dieser Ausführungsform aus einem Werkstoff der Zusammensetzung Co-8Fe, wobei die Wendellänge des zweiten Regelelements 3 etwa doppelt so groß ist wie die Wendellänge des ersten Regelelements 2. Wie aus Fig. 1, Kurve C ersichtlich ist, weist Co-8Fe - verglichen mit Co-25Fe - einen stärkeren Anstieg des Widerstandes bei niedrigeren Temperaturen auf.

Claims (4)

1. Glühkerze für Dieselmotoren mit drei in Reihe geschalteten, wendelförmigen Widerstandselementen, von denen das erste Widerstandselement als Heizelement (1) und die beiden anderen Widerstandselemente als erstes und zweites Regelelement (2, 3) dienen, wobei die Regelelemen­ te (2, 3) einen höheren positiven Widerstandskoeffizienten aufweisen als das Heizelement (1) und wobei das erste, direkt mit dem Heizelement (1) verbundene Regelelement (2) aus einem Werkstoff besteht, der 20-35 Gew.-% Eisen, bis zu 1 Gew.-% Verarbeitungszusätze, Rest Eisen und wahlweise Nickel enthält und dessen spezifischer Widerstand bei 1000°C mindestens das 12-fache des Wertes bei 20°C beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Regel­ element (3) im Temperaturintervall von Raumtemperatur bis 800°C einen stärkeren Anstieg des spezifischen Wider­ standes aufweist als das erste Regelelement (2), daß als Werkstoff für das zweite Regelelement (3) eine Co-Basis­ legierung mit 5-18 Gew.-% Eisen oder 25-60 Gew.-% Nickel verwendet wird und daß das zweite Regelelement (3) eine größere Wendellänge aufweist als das erste Regel­ element (2).

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Regelelement die Legierungszusammensetzung 23-29 Gew.-% Eisen, Rest Kobalt und das zweite Regelelement die Legierungszusammensetzung 7-12 Gew.-% Eisen, Rest Kobalt aufweist.

3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wendellänge des zweiten Regelelements das 1,5- bis 2,5-fache der Wendellänge des ersten Regel­ elements beträgt.

4. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für das zweite Regelelement eine austeni­ tische, ternäre Kobalt-Eisen-Nickel Legierung verwendet wird, die einen Curiepunkt von größer als 360°C aufweist.