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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Glühkerze, die zum Beispiel dafür benutzt
wird einen Dieselmotor vorzuheizen.
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Stand der Technik:
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Eine
Glühkerze
des so genannten selbstregelnden Typs wird unter Bezug auf 2 beschrieben.
Eine Glühkerze 1 ist
im Wesentlichen aus einer röhrenförmigen metallischen
Ummantelung 2 und einem umhüllten Heizer 3 aufgebaut,
der sich axial durch die metallische Ummantelung 2 erstreckt.
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Der
umhüllte
Heizer 3 ist wie folgt aufgebaut: indem eine resistive
Leitungsspule 3b, – die
aus einem Heizspulenabschnitt 30b, der auf der Seite gegenüber dem
Distalende der resistiven Leitungsspule 3b und einem Regelspulenabschnitt 300b,
der auf der Seite gegenüber
dem hinteren Ende der resistiven Leitungsspule 3b angeordnet
ist, und ein Distalendbereich einer Stabelektrode 3c in
einer Umhüllung 3a aus
hitzeresistentem Metall angeordnet ist, dessen Distalende in einer,
im wesentlichen halbkugelförmigen
Gestalt geschlossen ist und dessen hinteres Ende offen ist, wobei
die Umhüllung 3A mit
einem isolierenden MgO (Magnesiumoxid) Pulver 3d gefüllt ist
und eine isolierende Gummidichtung 3e zwischen der Stabelektrode
und der inneren Oberfläche
eines Öffnungsbereiches
der Umhüllung 3a eingefügt ist,
um die Durchtrittsöffnung
abzudichten. Die Stabelektrode 3c ist so angeordnet, dass
ihr Distalende der Länge
nach in einem Zwischenbereich der Innenseite der Umhüllung liegt
und mit der resistiven Leitungsspule 3b (Regelspulenabschnitt 300b)
elektrisch leitend verbunden ist, wobei ihr hinteres Ende sich entlang
der Achse der Metallumhüllung 2 erstreckt
und dort herausragt. Die resistive Leitungsspule 3b (Heizspulenabschnitt 30b)
ist mit der inneren Oberfläche
des geschlossenen Distalendes der Umhüllung 3a elektrisch
leitend verbunden. Dementsprechend sind die Stabelektrode 3c und
die Umhüllung 3a über die
resistive Leitungsspule elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Die
resistive Leitungsspule 3b der Glühkerze 1 des selbstregelnden
Typs ist so aufgebaut, dass der Heizspulenabschnitt 30b und
der Regelspulenabschnitt 300b in Serie geschaltet sind.
In der Hauptsache erzeugt der Heizspulenabschnitt 30b Hitze
um das Distalende der Umhüllung 3a zum
Glühen
zu bringen, während
der elektrische Widerstand des Regelspulenabschnitts 300b rasch
mit der Temperatur anwächst,
um den Stromfluss zum Heizspulenabschnitt 30b zu unterdrücken. Wie
bereits beschrieben, haben in der resistiven Leitungsspule 3b der
Heizspulenabschnitt 30b und der Regelspulenabschnitt 300b entsprechende
Aufgaben. Das Material wurde, wie jeweils angemessen, in Übereinstimmung
mit den Aufgaben ausgewählt.
Zum Beispiel wird eine Fe-Cr Legierung oder eine Ni-Cr Legierung
benutzt, jede der beiden weist eine außerordentliche Beständigkeit
gegen Oxidation und Hitze auf, um den Heizspulenabschnitt 30b zu
bilden; und damit sein elektrischer Widerstand eine Temperaturänderung
sensibel wiedergibt, wird reines Fe oder ähnliches verwendet, das einen
hohen positiven Temperaturwiderstandsbeiwert hat, um den Regelspulenabschnitt 300b (bezogen auf
z.B. Patentdokument 1) zu bilden. In der Glühkerze des Patentdokumentes
1 wird reines Fe als Material für
den Regelspulenabschnitt 300b angewendet, um damit die
Oxidationsbeständigkeit
des reinen Fe zu verbessern ist die Oberfläche eines Fe-Drahtes mit Ni
oder Cr beschichtet.
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Natürlich wird
Material mit außerordentlicher
Hitze- und Oxidationsbeständigkeit
für den
Heizspulenabschnitt
30b ausgewählt. Wenn jedoch die Temperatur
des Heizspulenabschnitts
30b 1000°C übersteigt, weist der Heizspulenabschnitt
30b,
der aus einem solchen Material gebildet ist die erwartete Haltbarkeit
nicht auf. Zum Beispiel in dem Fall, in dem der Heizspulenabschnitt
30b aus
einer Fe-Cr-Al Legierung gebildet ist, muss der Heizspulenabschnitt
34b die
Temperatur von 1000°C
angesichts der Hitze- und Oxidationsbeständigkeit der Legierung hinreichend
aushalten. Dennoch, als der Heizspulenabschnitt
30b sogar
aus dieser Legierung gefertigt war und einem Haltbarkeitstest bei
1000°C unterzogen
wurde (das Testverfahren wird später beschrieben),
bestätigte
der Test ein Phänomen,
nämlich
dass die Oberfläche
des Heizspulenabschnittes
30b schmolz mit daraus resultierendem
Bruch des Heizspulenabschnitts
30b. Solch ein Phänomen tritt
unerwartet auf und der Grund dafür
ist unbekannt. Die derzeitigen Erfinder nahmen an, dass der Grund
darin liegt, dass eine hohe Temperatur über 1000°C das isolierende MgO-Pulver
3d dazu
veranlasste in einer bestimmten Art und Weise mit Fe oder Ni, die
in der Legierung enthalten sind, die dafür benutzt wurde den Heizspulenabschnitt
30b zu
bilden, zu reagieren, gefolgt von einem Bruch des Heizspulenabschnittes
30b.
Eine Glühkerze
mit ähnlichem
Aufbau des Heizer wird in der japanischen Publikation JP2001-153359
und in den amerikanischen Patenten
US4582980 und
US6121577 gezeigt.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Ein
Ziel der vorliegende Erfindung ist es, eine Glühkerze bereitzustellen die
außergewöhnliche
Haltbarkeit bei hohen Temperaturen, vorzugsweise bei einer hohen
Temperatur über
1000°C aufweist.
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Um
die oben angegebenen Probleme zu bewältigende, wird eine Glühkerze gemäß Anspruch
1 bereitgestellt. Weitere Details, Aspekte und Verbesserungen der
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen, den
Figuren und der Beschreibung offenbart.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Glühkerze, enthaltend einen umhüllten Heizer
und eine röhrenförmige metallische
Ummantelung, wobei der umhüllte
Heizer eine röhrenförmige Hülle mit
einem geschlossenen Distalende, eine resistive Leitungsspule, die
in der Hülle
angeordnet ist und die zumindest einen Heizspulenabschnitt aufweist,
ein isolierendes MgO-Pulver, das in die Hülle gefüllt ist, und eine Stabelektrode
mit einem Ende aufweist, das in ein hinteres Ende der Hülle in einem
versiegelten Zustand eingesetzt ist, und wobei der umhüllte Heizer
in ein röhrenförmiges Loch
der metallischen Ummantelung eingesetzt ist, wobei ein Abschnitt
des Distalendes der Hülle
nach außen
ragt,
wobei der Heizspulenabschnitt ein Spulen-Basismaterial
und eine Beschichtungsschicht enthält, die die Oberfläche des
Spulen-Basismaterials bedeckt, und wobei die Beschichtungsschicht
aus Pt, Pd, Rh oder aus einer Legierung von zwei oder mehr Elementen
aus Pt, Pd und Rh gebildet ist, und wobei das Spulen-Basismaterial des
Heizspulenabschnitts eine Fe-Cr-Al-Legierung ist.
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Auf
der Grundlage der Annahme der derzeitigen Erfinder, dass eine hohe
Temperatur über
1000°C das isolierende
MgO-Pulver 3d möglicherweise
dazu veranlasst in einer bestimmten Art und Weise mit Fe oder Ni zu
reagieren, die in der Legierung enthalten sind, die dafür benutzt
wurde den Heizspulenabschnitt 30b zu bilden, wird das Spulen-Basismaterial
des Heizspulenabschnitts mit einer Beschichtungsschicht überzogen,
die aus Pt, Pd, Rh oder einer Legierung von zwei oder mehr Elementen
aus Pt, Pd und Rh gebildet ist, um direkten Kontakt zwischen MgO
und dem Spulen-Basismaterial zu vermeiden und dadurch eine Glühkerze zu
liefern, die praktisch hinreichende Haltbarkeit gerade bei einer
Temperatur über
1000°C aufweist.
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Zusammenfassung der Figuren:
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1:
Vertikale Längsansicht
einer Glühkerze,
beinhaltend eine vergrößerte Teilansicht.
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2:
Vertikale Längsansicht
einer herkömmlichen
Glühkerze
beinhaltend eine vergrößerte Teilansicht.
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Ausführungsform der Erfindung:
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird zunächst unter Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben. 1 ist eine vertikale Längsansicht
einer Glühkerze,
beinhaltend eine vergrößerte Teilansicht.
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Wie
in 1 dargestellt besteht eine Glühkerze 1 im Wesentlichen
aus einer röhrenförmigen metallischen
Ummantelung 2 und einem umhüllten Heizer 3, der
axial durch die metallische Ummantelung 2 verläuft. Der
umhüllte
Heizer ist folgendermaßen
aufgebaut: indem eine resistive Leitungsspule 3b, – die aus
einem Heizspulenabschnitt 30b, der auf der Seite gegenüber dem
Distalende der resistiven Leitungsspule 3b und einem Regelspulenabschnitt 300b,
der auf der Seite gegenüber
dem hinteren Ende der resistiven Leitungsspule 3b angeordnet
ist, und ein Distalendbereich einer Stabelektrode 3c in
einer Umhüllung 3a aus
hitzeresistentem Metall angeordnet ist, dessen Distalende in einer,
im wesentlichen halbkugelförmigen
Gestalt geschlossen ist und dessen hinteres Ende offen ist, wobei
die Umhüllung 3A mit
einem isolierenden MgO (Magnesiumoxid) Pulver 3d gefüllt ist
und eine isolierende Gummidichtung 3e zwischen der Stabelektrode
und der inneren Oberfläche
eines Öffnungsbereiches
der Umhüllung 3a eingefügt ist,
um die Durchtrittsöffnung
abzudichten. Die Stabelektrode 3c ist so angeordnet, dass
ihr Distalende der Länge
nach in einem Zwischenbereich der Innenseite der Umhüllung liegt
und mit der resistiven Leitungsspule 3b elektrisch leitend
verbunden ist, wobei ihr hinteres Ende sich entlang der Achse der
Metallumhüllung 2 erstreckt
und dort herausragt. Die resistive Leitungsspule 3b (Heizspulenabschnitt 30b)
ist mit der inneren Oberfläche
des geschlossenen Distalendes der Umhüllung 3a elektrisch
leitend verbunden. Dementsprechend sind die Stabelektrode 3c und
die Umhüllung 3a über die
resistive Leitungsspule elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Die
resistive Leitungsspule 3b der Glühkerze 1 des selbstregelnden
Typs ist so aufgebaut, dass der Heizspulenabschnitt 30b und
der Regelspulenabschnitt 300b in Serie geschaltet sind.
In der Hauptsache erzeugt der Heizspulenabschnitt 30b Hitze,
um das Distalende der Umhüllung 3a zum
Glühen
zu bringen, wobei der elektrische Widerstand des Regelspulenabschnitts 300b die
Funktion hat, den Stromfluss zum Heizspulenabschnitt 30b zu
unterdrücken,
aufgrund der Wirkung, dass der elektrische Widerstand rasch mit
der Temperatur ansteigt. Damit sein elektrischer Widerstand eine
Temperaturveränderung
genau wiedergibt, wird ein Material mit einem hohen Temperatur-Widerstandskoeffizienten,
wie z. B. reines Fe oder eine Co-Ni Legierung benutzt, um den Regelspulenabschnitt 300b zu
schaffen.
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Um
hohe Temperaturen auszuhalten, ist der Heizspulenabschnitt 30b wie
folgt aufgebaut: eine Fe-Cr-Al oder Ni-Cr Legierung, welche über eine
ausgezeichnete Beständigkeit
gegenüber
Oxidation und Hitze verfügt,
wird als Spulenbasismaterial 31b verwendet; und die Oberfläche des
Spulenbasismaterial 31b ist mit einer Beschichtungsschicht 32b überzogen.
Die Beschichtungsschicht 32b wird dünn (bevorzugter Stärke-Bereich:
0,2 bis 0,5 μm
Stärke,
in dieser Ausführung:
0,3 μm)
und gleichmäßig, beispielsweise
als Metallüberzug
oder Aufdampfung, aufgebracht und besteht aus Pt (Platin), Pd (Palladium),
Rh (Rhodium) oder aus einer Legierung von zweien oder mehrerer der
Stoffe Pt, Pd und Rh. Da diese Metalle, die für die Ausbildung der Beschichtungsschicht 32b verwendet
werden, eine hohe Duktilität
und Formbarkeit besitzen, kann die Beschichtungsschicht 32b nicht
zerbrechen, sogar wenn die resistive Leitungsspule 3b einer
Reduktion des Durchmessers durch Gesenkdrücken der Hülle 3a ausgesetzt
ist. Sollte die Beschichtungsschicht 32b übrigens
zerbrechen, kommen das Spulenbasismaterial 31b und das
isolierende MgO-Pulver 3d miteinander in Berührung, was
auf eine beeinträchtigte
Beständigkeit
bei einer hoher Temperatur führt.
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Beständigkeitstest:
Um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurden fünf Arten
von umhüllten
Heizern 3 wie folgt hergestellt: Eine Fe-Cr-Al Legierung
(Fe: 66 Gew.-%; Cr: 26 Gew.-%; Al: 8 Gew.-%) wurde als Spulenbasismaterial 31b des
Heizspulenabschnittes 30b verwendet; der Regelspulenabschnitt 300b wurde
aus einer Co-Ni Legierung (Co: 71 Gew.-%; Ni: 25 Gew.-%; Fe: 4 Gew.-%)
geschaffen und die Beschichtungsschicht 32b des Heizspulenabschnittes 30b variierte
zwischen Nummer 1 (unbeschichtet), Nummer 2 (Ni beschichtet), Nummer
3 (Pt beschichtet), Nummer 4 (Rh beschichtet) und Nummer 5 (Pd beschichtet).
Durch Einsatz der umhüllten
Heizer 3, wurden die Glühkerzen 1,
wie in 1 abgebildet, hergestellt für einem Beständigkeitstest
unterzogen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. In
dem Beständigkeitstest
wurden die Glühkerzen 1 fortgesetzten
Testdurchläufen
unterzogen, wobei in jedem Durchlauf 11 Volt Gleichspannung
für 10 Sekunden
angelegt wurden → 13
Volt Gleichspannung für
300 Sekunden angelegt wurden → AUS
für 60
Sekunden. In dem Beständigkeitstest
erreicht die maximale Temperatur des Heizspulenabschnittes 30b etwa
1.100°C.
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In
der Spalte „Drahtbruch" von Tabelle 1 bedeutet „x", dass ein totaler
Drahtbruch festgestellt wurde, „Δ" bedeutet, dass Anzeichen eines Drahtbruchs
festgestellt wurden und „o" bedeutet, dass keine
Anzeichen für
einen Drahtbruch beobachtet wurden.
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Das
Symbol „x" in der Spalte „Leistungsverschlechterung" bedeutet, dass die
Heiztemperatur um 100°C
oder mehr verglichen mit der Temperatur, die zu Beginn des Tests
gemessen wurde, abnahm, nachdem sie einer vorher festgelegten Anzahl
von Testsdurchläufen
(5000 oder mehr Durchläufe)
ausgesetzt wurden.
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Die
Spalte „Beständigkeit" zeigt eine Gesamtbewertung,
basierend auf den Ergebnissen von „Drahtbruch" und „Verschlechterung
der Leistung." In
der Spalte „Beständigkeit" bedeutet „x", dass hinsichtlich
der Beständigkeit
ein Problem existiert und „o" bedeutet, dass hinsichtlich
der Beständigkeit
kein Problem existiert.
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Wie
die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, besitzen die Glühkerzen
Nr. 3 bis Nr. 5, welche Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung entsprechen, eine hervorragende Beständigkeit
verglichen mit den Glühkerzen
Nr. 1 und Nr. 2. Besonders im Falle der Glühkerze Nr. 2, in dem das Spulenbasismaterial 31b mit
Ni überzogen
ist, wird die Leistungsverschlechterung der offensichtlich als Ergebnis
der Ni Legierung und des Spulenbasismaterials 31b hervorgerufen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine Ausführungsform
beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese
beschränkt.
Beispielsweise wird die Ausführungsform
im Zusammenhang mit der Glühkerze
des selbstregelnden Typs 1 beschrieben; jedoch ist die vorliegende
Erfindung auch für
eine Glühkerze
anwendbar, die nicht über
den Regelspulenabschnitt 300b verfügt; d. h. für eine Glühkerze, in der die komplette
resistive Leitungsspule 3b als Heizspulenabschnitt 30b dient.
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Das
Wesentliche der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau des Heizspulenabschnitts 30b.
Daher wird keine bestimmte Einschränkung hinsichtlich des Aufbaus
des Regelspulenabschnitts 300b erhoben.
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Ergebnis
der Erfindung: Angesichts des Phänomens,
dass bei einer hohen Temperatur, die 1000°C übersteigt, ein Heizspulenabschnitt
einer resistiven Leitungsspule nicht die erwartete Beständigkeit
bietet, obwohl ein Material, das für die Produktion eines Heizspulenabschnitts
benutzt wird, eine ausreichende Beständigkeit gegenüber Hitze
und Oxidation besitzt, widmeten die Erfinder sich dem Problem und
entwickelten eine Struktur, um das Spulenbasismaterial des Heizspulenabschnitts
mit einer Beschichtungsschicht zu überziehen, wobei eine Glühkerze erhalten
wird, die praktisch sogar bei Temperaturen über 1000°C eine ausreichende Beständigkeit
bietet. Deshalb ist die vorliegende Erfindung für die Anwendung einer Glühkerze,
die eine hervorragende Wiederstandsfähigkeit bei hohen Temperaturen,
insbesondere bei Temperaturen über
1000°C besitzt, überaus nützlich.
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- 1
- Glühkerze
- 2
- metallische
Ummantelung
- 3
- umhüllter Heizer
- 3a
- Hülle
- 3b
- resistive
Leitungsspule
- 30b
- Heizspulenabschnitt
- 31b
- Spulenbasismaterial
- 32b
- Beschichtungsschicht
- 3c
- Stabelektrode
- 3d
- isolierendes
Pulver
