DE602004004827T2

DE602004004827T2 - Glühkerze

Info

Publication number: DE602004004827T2
Application number: DE602004004827T
Authority: DE
Inventors: Chiaki Kumada
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2024-04-24
Also published as: EP1471307A1; EP1471307B1; US20040222207A1; JP2004340562A; DE602004004827D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze zum Vorheizen des Inneren eines Zylinders eines Dieselmotors sowie eine Glühkerze zum Vorheizen von Wasser.
Eine herkömmliche Glühkerze umfasst ein metallisches Rohr mit einem geschlossenen entfernten Ende, das sich axial erstreckt; einen stabartigen Isolierer, der innerhalb des metallischen Rohrs in einer solchen Weise angeordnet ist, dass ein Zwischenraum dazwischen gebildet ist; ein Spiralenelement, das in einer solchen Weise angeordnet ist, dass es eine äußere Umfangsfläche des Isolierers umschließt; und ein isolierendes Pulver, mit dem das metallische Rohr in einer solchen Weise gefüllt ist, dass es das Innere des metallischen Rohrs füllt; siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 57-58017 auf Seite 1 (hierin als Patentdokument 1 bezeichnet).
In der Glühkerze des Patentdokuments 1 ist der stabartige Isolierer in einen Innenraum des Spiralenelements eingesetzt, um einen Kontakt zwischen dem Spiralenelement und dem metallischen Rohr zu verhindern, der sich ansonsten aus einer Biegung des Spiralenelements im Prozess des Ziehens des metallischen Rohrs ergeben würde, und um Veränderungen der Heizeigenschaften unter Glühkerzen zu verhindern, die sich ansonsten aus dem Auftreten von ungleichmäßigen Ganghöhenabständen zwischen Windungen des Spiralenelements ergeben könnten. Wenn nur das isolierende Pulver als Füllstoff für das metallische Rohr verwendet wird, werden auch Hohlräume zwischen den Pulverteilchen selbst nach dem Ziehen gebildet. Das Einsetzen des stabartigen Isolierers verringert einen Raum, in den das isolierende Pulver gefüllt wird, wodurch der Effekt der Füllung durch die Verringerung des Hohlraums verbessert wird.
In der Glühkerze des Patentdokuments 1 kann jedoch durch das Spiralenelement erzeugte Wärme nicht wirksam zum metallischen Rohr geleitet werden. Dies liegt daran, dass die durch das Spiralenelement erzeugte Wärme nicht nur zum metallischen Rohr, um dadurch das Innere eines Zylinders eines Dieselmotors direkt vorzuheizen oder um dadurch Wasser direkt vorzuheizen, sondern auch vom Spiralenelement zu dem Isolierer, der sich im Inneren des Spiralenelements befindet, geleitet wird. Folglich kann es der Glühkerze misslingen, als wirksame Wärmequelle zu fungieren.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des obigen Problems durchgeführt und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Glühkerze bereitzustellen, bei der durch das Spiralenelement erzeugte Wärme wirksam zum metallischen Rohr geleitet werden kann.
Um die obige Aufgabe zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine Glühkerze mit einem metallischen Rohr mit einem geschlossenen entfernten Ende, das sich axial erstreckt, einem stabartigen Isolierer, der innerhalb des metallischen Rohrs in einer solchen weise angeordnet ist, dass ein Zwischenraum dazwischen gebildet ist, einem Spiralenelement, das in einer solchen Weise angeordnet ist, dass es eine äußere Umfangsfläche des Isolierers umschließt, und einem isolierenden Pulver, mit dem das metallische Rohr in einer solchen Weise gefüllt ist, dass es das Innere des metallischen Rohrs füllt, bereit, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierer aus einem Isolationsmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, die niedriger ist als jene des isolierenden Pulvers.
In der Glühkerze der vorliegenden Erfindung ist der in das Spiralenelement einzusetzende Isolierer aus einem Isolationsmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit gebildet, die niedriger ist als jene des isolierenden Pulvers, das in das metallische Rohr in einer solchen Weise gefüllt werden soll, dass das Innere des metallischen Rohrs gefüllt wird. Indem die Wärmeleitfähigkeit im Inneren des Spiralenelements niedriger gemacht wird als die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich zwischen dem Spiralenelement und dem metallischen Rohr, nimmt die Leitung von Wärme, die durch das Spiralenelement erzeugt wird, zum metallischen Rohr zu, so dass die Wärme wirksam zum metallischen Rohr geleitet wird. Folglich kann die Glühkerze als wirksame Wärmequelle fungieren.
Um einen Verbrennungsmotor vorzuheizen, wird im Allgemeinen eine Glühkerze auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten. Um die Glühkerze auf der vorbestimmten Temperatur zu halten, muss ein vorbestimmter Strom kontinuierlich zu einem Spiralenelement geliefert werden. Folglich beinhaltet das Spiralenelement eine Gefahr für einen Bruch.
Da jedoch die Glühkerze der vorliegenden Erfindung derart gestaltet ist, dass der in das Spiralenelement eingefügte Isolierer aus einem Isolationsmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, die niedriger ist als jene des isolierenden Pulvers, wird die durch das Spiralenelement erzeugte Wärme wirksam zum metallischen Rohr geleitet, so dass die Wärme, die das Spiralenelement erzeugen muss, um die Glühkerze auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, im Vergleich zu dem Fall einer herkömmlichen Glühkerze verringert werden kann. Folglich nimmt der vorbestimmte Strom, der zum Spiralenelement fließt, ab, wodurch die Haltbarkeit des Spiralenelements verbessert werden kann.
Vorzugsweise ist die Glühkerze der vorliegenden Erfindung derart gestaltet, dass A ≥ 0,6B, wobei A der Durchmesser des Isolierers ist und B der Innendurchmesser des Spiralenelements ist. Dieses Merkmal ermöglicht, dass der Isolierer einen größeren Raum im Inneren des Spiralenelements belegt, so dass die Wärmeleitfähigkeit im Inneren des Spiralenelements wirksam gesenkt werden kann. Beachtenswerterweise ist der Innendurchmesser B des Spiralenelements der Innendurchmesser eines projizierten Bildes des Spiralenelements, wenn das Spiralenelement axial projiziert wird.
Vorzugsweise ist die Glühkerze der vorliegenden Erfindung derart gestaltet, dass das isolierende Pulver aus Magnesiumoxid besteht und das Isolationsmaterial Aluminiumoxid ist. Wenn das isolierende Pulver aus Magnesiumoxid besteht und das Isolationsmaterial Aluminiumoxid ist, kann Wärme wirksamer vom Spiralenelement zum metallischen Rohr geleitet werden.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Glühkerze gemäß der Erfindung bereit, wobei, wie auf einem Querschnitt senkrecht zu einer Achse betrachtet, das isolierende Pulver, das in einem Zwischenraum zwischen dem metallischen Rohr und dem Spiralenelement vorhanden ist, eine größere Belegungsrate pro Einheitsfläche aufweist als das Isolationsmaterial im Isolierer.
Die Glühkerze dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung ist derart gestaltet, dass die Belegungsrate (Packungsdichte) des isolierenden Pulvers im Zwischenraum zwischen dem metallischen Rohr und dem Spiralenelement größer ist als jene des Isolationsmaterials im Isolierer. Da der Hohlraum in einem Bereich des Zwischenraums zwischen dem metallischen Rohr und dem Spiralenelement geringer wird als jener im Isolierer, kann die Wärmeleitfähigkeit des isolierenden Pulvers höher gemacht werden als jene des Isolierers, so dass durch das Spiralenelement erzeugte Wärme wirksam zum metallischen Rohr geleitet werden kann. Bemerkenswerterweise wird die Belegungsrate pro Einheitsfläche an einem Querschnitt senkrecht zur Achse der Glühkerze gemessen.
Da die Glühkerze des wahlweisen bevorzugten Aspekts der vorliegenden Erfindung derart gestaltet ist, dass die Belegungsrate des im Zwischenraum zwischen dem metallischen Rohr und dem Spiralenelement vorhandenen isolierenden Pulvers größer ist als jene des Isolationsmaterials im Isolierer, wird durch das Spiralenelement erzeugte Wärme wirksam zum metallische Rohr geleitet, so dass die Wärme, die das Spiralenelement erzeugen muss, um eine vorbestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten, im Vergleich zum Fall einer herkömmlichen Glühkerze verringert werden kann. Folglich nimmt der vorbestimmte Strom, der zum Spiralenelement fließt, ab, wodurch die Haltbarkeit des Spiralenelements verbessert werden kann.
Vorzugsweise ist die Glühkerze der vorliegenden Erfindung derart gestaltet, dass eine mittlere Teilchengröße des isolierenden Pulvers kleiner ist als jene des Isolationsmaterials. Dieses Merkmal ermöglicht, dass das isolierende Pulver, das in dem Zwischenraum zwischen dem metallischen Rohr und dem Spiralenelement vorhanden ist, eine Belegungsrate aufweist, die größer ist als jene des Isolationsmaterials im Isolierer, so dass vom Spiralenelement erzeugte Wärme wirksam zum metallischen Rohr geleitet werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:
1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Glühkerze 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines entfernten Endteils der Glühkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bezugsziffern werden verwendet, um Elemente, die in den Zeichnungen gezeigt sind, folgendermaßen zu identifizieren:

1, 100: Glühkerze
2: metallisches Rohr
3: metallischer Mantel
4: zentraler Stab
5: Spiralenelement
51: Heizspirale
52: Steuerspirale
8: Isolationsring
9: O-Ring
13: runde Mutter
14: Isolierer
15: isolierendes Pulver
16: elastische Dichtung

Das Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird als nächstes mit Bezug auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
1 zeigt die interne Struktur einer Glühkerze 1, die ein Beispiel der vorliegenden Erfindung ist; und 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die die interne Struktur eines entfernten Endteils der Glühkerze 1 zeigt. Die Glühkerze 1 umfasst einen röhrenförmigen metallischen Mantel 3, der sich in der Richtung einer Achse O erstreckt; ein metallisches Rohr 2, das fest an einem entfernten Endteil des metallischen Mantels 3 angebracht ist, sich in der Richtung der Achse O erstreckt und ein geschlossenes entferntes Ende aufweist; und einen zentralen Stab 4, der als Elektrode dient. Das metallische Rohr 2 ist aus Edelstahl wie z.B. SUS310S gebildet. Der zentrale Stab 4 erstreckt sich entlang der Achse des metallischen Mantels 3 und erreicht das Innere des metallischen Rohrs 2. Die Unterseite des metallischen Rohrs 2 und ein entfernter Endteil des zentralen Stabes 4 sind über ein Spiralenelement 5 elektrisch miteinander verbunden. Das Spiralenelement 5 besteht aus einer Vorderendseiten-Heizspirale 51 und einer Hinterendseiten-Steuerspirale 52. Die Heizspirale 51 ist aus einem Material mit einem R20 (spezifischer Widerstand bei 20°C) von 80 μΩ·cm bis 200 μΩ·cm und einem R1000/R20-wert von 0,8 bis 3 gebildet, wobei R1000 der spezifische Widerstand bei 1000°C ist. Spezielle Beispiele des Materials umfassen eine Fe-Cr-Al-Legierung, eine Ni-Cr-Legierung und eine Fe-Cr-Legierung. Die Steuerspirale 52 ist aus einem Material mit einem R20 (spezifischer Widerstand bei 20°C) von 5 μΩ·cm bis 20 μΩ·cm, einem R1000/R20-Wert von 6 oder mehr gebildet, wobei R1000 der spezifische Widerstand bei 1000°C ist. Spezielle Beispiele des Materials umfassen eine Co-Ni-Fe-Legierung und eine Co-Fe-Legierung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der zentrale Stab 4 und die Heizspirale 51 indirekt über die Steuerspirale 52 verbunden. Die Heizspirale 51 und der zentrale Stab 4 können jedoch ohne Bereitstellung der Steuerspirale 52 direkt miteinander verbunden sein.
Ein stabartiger Isolierer 14, der aus einem Isolationsmaterial wie z.B. Aluminiumoxid oder Zirconiumoxid gebildet ist, ist in das Spiralenelement 5, das innerhalb des metallischen Rohrs 2 aufgenommen ist, eingefügt. Ein isolierendes Pulver 15, das aus einem Magnesiumoxidpulver oder dergleichen gebildet ist, ist in das metallische Rohr 2 in einer solchen Weise gefüllt, dass es das Innere des metallischen Rohrs 2 füllt. In diesem Ausführungsbeispiel weisen das Isolationsmaterial und das isolierende Pulver beide eine mittlere Teilchengröße von 80 μm auf und beide weisen eine Belegungsrate von 96 % auf. Eine elastische Dichtung 16 ist zwischen dem metallischen Rohr 2 und einem Vorderendteil des zentralen Stabes 4 angeordnet, um gegen das metallische Rohr 2 und den zentralen Stab 4 abzudichten, und die elastische Dichtung 16 schließt das metallische Rohr 2. Wie im Fall der obigen Kombination von Aluminiumoxid und Magnesiumoxid ist der Isolierer 14 aus einem Isolationsmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit gebildet die niedriger ist als jene des isolierenden Pulvers 15. Folglich wird die Wärmeleitfähigkeit im Inneren des Spiralenelements 5 niedriger gemacht als die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich zwischen dem Spiralenelement 5 und dem metallischen Rohr 2, so dass die Leitung von Wärme, die vom Spiralenelement 5 erzeugt wird, zum metallischen Rohr 2 zunimmt, und folglich die Wärme wirksam zum metallischen Rohr 2 geleitet wird. Daher kann die Glühkerze 1 als wirksame Wärmequelle fungieren.
Selbst in dem Fall, in dem, um einen Verbrennungsmotor vorzuheizen, die Glühkerze 1 auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, wird die durch das Spiralenelement 5 erzeugte Wärme wirksam zum metallischen Rohr 2 geleitet, so dass die wärme, die das Spiralenelement 5 erzeugen muss, um die Glühkerze 1 auf der vorbestimmten Temperatur zu halten, im Vergleich zum Fall einer herkömmlichen Glühkerze verringert werden kann. Folglich nimmt der vorbestimmte Strom, der zum Spiralenelement 5 fließt, ab, wodurch die Haltbarkeit des Spiralenelements 5 verbessert werden kann.
Ferner ist der Durchmesser A des Isolierers 14 im Wesentlichen gleich der Innendurchmesser B des Spiralenelements 5. Wenn A ≥ 0,6B, wobei A der Durchmesser des Isolierers 14 ist und B der Innendurchmesser des Spiralenelements 5 ist, nimmt die Wärmeleitfähigkeit im Inneren des Spiralenelements 5 ab, so dass die Wärme wirksam vom Spiralenelement 5 zum metallischen Rohr 2 geleitet werden kann.
Ein abgestuftes Loch 7 ist am oberen Ende des metallischen Mantels 3 ausgebildet. Ein buchsenartiger Isolationsring 8, der in das abgestufte Loch 7 eingesetzt ist, stützt einen oberen Teil des zentralen Stabes 4 in einer solchen Weise ab, dass der obere Teil in der Mitte des metallischen Mantels 3 angeordnet ist, und isoliert den oberen Teil elektrisch vom metallischen Mantel 3. Ein Zwischenraum ist zwischen dem abgestuften Loch 7 und dem zentralen Stab 4 ausgebildet und mit einem O-Ring 9 gefüllt.
Ein sechseckiger Werkzeugeingriffsteil 10 ist außen an einem oberen Endteil des metallischen Mantels 3 ausgebildet. Ein Außengewindeteil 11 ist unter dem Werkzeugeingriffsteil 10 ausgebildet und wird zur Verbindung mit einem Dieselmotor (nicht dargestellt) oder dergleichen verwendet. Ein Außengewindeteil 12 ist an einem oberen Endteil des zentralen Stabes 4 ausgebildet. Eine runde Mutter 13 steht mit dem Außengewindeteil 12 in Schraubeneingriff und presst den Isolationsring 8. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der zentrale Stab 4 und ein Stromkabel direkt miteinander verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen diesen herzustellen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt. Eine alternative Form von Verbindung kann beispielsweise derart sein, dass eine Anschlusselektrode (nicht dargestellt) fest am zentralen Stab 4 in einer solchen weise angebracht ist, dass sie einen oberen Teil des zentralen Stabes 4 abdeckt und mit einem Stromkabel verbunden ist.
Ein Verfahren zur Herstellung der Glühkerze 1 wird als nächstes beschrieben. Zuerst wird der Isolierer 14 in das Spiralenelement 5 eingesetzt, das durch Zusammenschweißen der Steuerspirale 52 und der Heizspule 51 ausgebildet wird. Ein hinterer Endteil (der Steuerspirale 52) des Spiralenelements 5 wird mit dem zentralen Stab 4 beispielsweise mittels Widerstandsschweißen verbunden. Das Spiralenelement 5 wird von der Heizspirale 51 aus in das metallische Rohr 2 eingefügt. Ein entfernter Endteil der Heizspirale 51 wird mit dem entfernten Ende des metallischen Rohrs 2 beispielsweise mittels Lichtbogenschweißen verbunden. Dann wird das isolierende Pulver 15 in das metallische Rohr 2 in einer solchen Weise gefüllt, dass es das Innere des metallischen Rohrs 2 füllt. Ferner wird die elastische Dichtung 16 in einen hinteren Endteil des metallischen Rohrs 2 eingesetzt.
Ein hinterer Endteil des metallischen Rohrs 2 wird gestaucht, um die elastische Dichtung 16 zu quetschen. Ferner wird das ganze metallische Rohr 2 einem Stauchen von seiner hinteren Endseite in Richtung seiner entfernten Endseite unterzogen, so dass es vorbestimmte Abmessungen annimmt. Anschließend wird die resultierende Baugruppe von einem hinteren Endteil des zentralen Stabes 4 aus in den metallischen Mantel 3 auf seiner entfernten Endseite eingesetzt. Ein hinterer Endteil des metallischen Rohrs 2 wird eingepresst; beispielsweise in den metallischen Mantel 3 eingepresst. Dann wird ein hinterer Endteil des metallischen Mantels 3 mit dem O-Ring 9 abgedichtet. Anschließend werden der Isolationsring 8 und die runde Mutter 13 nacheinander an den zentralen Stab 4 angefügt, wodurch die Glühkerze 1 vollendet wird.
Als nächstes wird das Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine Glühkerze 100 des Ausführungsbeispiels 2 ist zur vorstehend beschriebenen Glühkerze 1 ähnlich, außer dass sich das isolierende Pulver 15 und der Isolierer 14 im Material und/oder in der mittleren Teilchengröße voneinander unterscheiden. Da die Gestalt der Glühkerze 100 zu jener der Glühkerze 1 des Ausführungsbeispiels 1 identisch ist, werden das isolierende Pulver 15 und der Isolierer 14 hauptsächlich mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben, während identische Strukturmerkmale mit gemeinsamen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Der stabartige Isolierer 14, der aus einem Isolationsmaterial wie z.B. Magnesiumoxid ausgebildet ist, wird in das Spiralenelement 5 der Glühkerze 100 des Ausführungsbeispiels 2 eingesetzt. Das isolierende Pulver 15, das aus demselben Isolationsmaterial wie jenem des Isolierers 14, wie z.B. Magnesiumoxidpulver, besteht, wird in das metallische Rohr 2 in einer solchen Weise gefüllt, dass es das Innere des metallischen Rohrs 2 füllt. Das isolierende Pulver 15 der Glühkerze 100 besitzt eine mittlere Teilchengröße von 80 μm, wohingegen das Isolationsmaterial für den Isolierer 14 eine mittlere Teilchengröße von 120 μm aufweist. Indem die mittlere Teilchengröße des isolierenden Pulvers 15 kleiner gemacht wird als jene des Isolationsmaterials für den Isolierer 14, kann die Belegungsrate des isolierenden Pulvers 15, das in dem Zwischenraum zwischen dem metallischen Rohr 2 und dem Spiralenelement 5 vorhanden ist, größer werden als jene des Isolationsmaterials im Isolierer 14, wie im Querschnitt der Glühkerze 100 senkrecht zur Achse beobachtet. Da der Hohlraum in einem Bereich des Zwischenraums zwischen dem metallischen Rohr 2 und dem Spiralenelement 5 geringer wird als jener im Isolierer 14, kann die Wärmeleitfähigkeit des isolierenden Pulvers 15 höher gemacht werden als jene des Isolierers 14, so dass durch das Spiralenelement 5 erzeugte Wärme wirksam zum metallischen Rohr 2 geleitet werden kann.
Beispiel 1
Die Ergebnisse von Experimenten, die durchgeführt wurden, um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, werden nachstehend beschrieben. Proben der Glühkerze 1, die in 1 gezeigt ist, wurden durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt. Das Spiralenelement 5 hatte einen Durchmesser von 0,35 mm und eine Länge von 22 mm; das metallische Rohr 2 hatte eine Länge von 42 mm, einen Durchmesser von 4,5 mm, wie an seinem entfernten Endteil gemessen, und 5 mm, wie an seinem hinteren Endteil gemessen, und eine Wanddicke von 0,75 mm; und die in Tabelle 1 gezeigten Materialien wurden verwendet, um den Isolierer 14 und das isolierende Pulver 15 auszubilden. Die Oberflächentemperatur war die maximale Temperatur, die das metallische Rohr 2 erzeugen konnte; und die erzeugte Wärme wurde durch Messen des Stroms und der angelegten Spannung berechnet. Die Anzahl von Spannungsanlegezyklen, bis das Spiralenelement 5 brach, wurde auch gemessen – jeder Spannungsanlegezyklus besteht aus dem Anlegen von 13 VDC für 5 Minuten und einer anschließenden Unterbrechung der Spannungsanlegung für 1 Minute. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Proben Nrn. 1, 4 und 5 sind von Vergleichsbeispielen und die Proben Nrn. 2 und 3 sind Beispiele der vorliegenden Erfindung. Bei allen der Proben 1 bis 5 ist die mittlere Teilchengröße des isolierenden Pulvers und des Isolationsmaterials 80 μm und die Belegungsrate ist 96 %.
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wiesen beim Vergleich von Probe Nrn. 1, 2 und 4, bei denen die Spannung so gesteuert wurde, dass sie ein erzeugtes Heizen von 80 W aufwies, die Proben Nr. 1 und 4 eine Oberflächentemperatur von 900°C bzw. 850°C auf, wohingegen die Probe Nr. 2 eine Oberflächentemperatur von 930 °C aufwies. Dies gibt an, dass unter Verwendung von Magnesiumoxid als isolierendes Pulver 15 und Aluminiumoxid als Isolationsmaterial für den Isolierer 14 die vom Spiralenelement 5 erzeugte Wärme wirksam zum metallischen Rohr 2 geleitet wird.
Unter den Proben Nrn. 1, 3 und 5, bei denen die Spannung so gesteuert wurde, dass sie eine Oberflächentemperatur von 900°C aufwiesen, weisen die Proben Nrn. 1 und 5 eine Haltbarkeit von 10000 Zyklen bzw. 3000 Zyklen auf, wohingegen die Probe Nr. 3 eine Haltbarkeit von 13000 Zyklen aufweist. Dies gibt an, dass die Wärme, die das Spiralenelement 5 bei der Probe Nr. 3 erzeugen muss, um die Glühkerze 1 auf einer vorbestimmten Temperatur (in diesem Fall 900°C) zu halten, verringert ist, so dass die Haltbarkeit des Spiralenelements 5 verbessert werden kann.
Beispiel 2
Proben der in 1 gezeigten Glühkerze 100 wurden hergestellt. Das Spiralenelement 5 hatte einen Durchmesser von 0,35 mm und eine Länge von 22 mm; das metallische Rohr 2 hatte eine Länge von 42 mm, einen Durchmesser von 4,5 mm, wie an seinem entfernten Endteil gemessen, und 5 mm, wie an seinem hinteren Endteil gemessen, und eine Wanddicke von 0,75 mm; und Magnesiumoxid wurde verwendet, um den Isolierer 14 und das isolierende Pulver 15 zu bilden. Eine Gleichspannung von 11 V wurde an die Proben angelegt und die Oberflächentemperatur von jedem metallischen Rohr 2 und die erzeugte Wärme wurden nach dem Ablauf von 60 Sekunden gemessen. Die Oberflächentemperatur war die maximale Temperatur, die das metallische Rohr 2 erzeugen konnte; und die erzeugte Wärme wurde durch Messen des Stroms und der angelegten Spannung 60 Sekunden nach dem Beginn des Anlegens der Spannung berechnet. Die Anzahl von Spannungsanlegezyklen, bis das Spulenelement 5 brach, wurde auch gemessen – jeder Spannungsanlegezyklus besteht aus dem Anlegen von 13 VDC für 5 Minuten und einer anschließenden Unterbrechung des Spannungsanlegens für 1 Minute. Jede der Proben wurde in einer Position, die 5 mm von ihrem entfernten Ende rückwärts lag, geschnitten, um einen Querschnitt in der Position zu erhalten; und ein Bild von 0,3 Quadratmillimeter wurde durch Bildverarbeitung vom Querschnitt in Bezug auf jeden des Isolierers 14 und des Bereichs des Zwischenraums zwischen dem metallischen Rohr 2 und dem Spiralenelement 5 erhalten und die Belegungsrate des Isolationsmaterials und die Belegungsrate des isolierenden Pulvers 15 wurden von den jeweiligen Bildern erhalten. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Probe Nr. 6 ist eine Vergleichsbeispiel-Glühkerze 100 ähnlich zur Probe Nr. 1 und die Proben Nrn. 7 und 8 sind Beispiele der vorliegenden Erfindung. Bei der Probe Nr. 6 sind die mittleren Teilchengrößen sowohl des isolierenden Pulvers als auch des Isolationsmaterials 80 μm, wohingegen bei der Probe Nrn. 7 und 8 das isolierende Pulver eine mittlere Teilchengröße von 80 μm aufweist, aber das Isolationsmaterial des Isolierers eine mittlere Teilchengröße von 120 μm aufweist. Die Belegungsraten, die sich aus diesen Teilchengrößen ergeben, sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Wie in Tabelle 2 gezeigt, wies beim Vergleich der Probe Nrn. 6 und 7, bei denen die Spannung so gesteuert wurde, dass sie ein Heizen von 80 W aufwies, die Probe Nr. 6 eine Oberflächentemperatur von 900°C auf, wohingegen die Probe Nr. 7 eine Oberflächentemperatur von 920°C aufwies. Dies gibt an, dass, wenn die Belegungsrate des isolierenden Pulvers 15, das in dem Zwischenraum zwischen dem metallischen Rohr 2 und dem Spiralenelement 5 vorhanden ist, größer ist als jene des Isolationsmaterials im Isolierer 14, die Oberflächentemperatur ansteigt und die vom Spiralenelement 5 erzeugte Wärme wirksamer zum metallischen Rohr 2 geleitet wird.
Beim Vergleichen der Probe Nrn. 6 und 8, bei denen die Spannung so gesteuert wird, dass sie eine Oberflächentemperatur von 900°C aufweisen, hatte die Probe Nr. 6 eine Haltbarkeit von 10000 Zyklen, wohingegen die Probe Nr. 8 eine Haltbarkeit von 12000 Zyklen hatte. Dies gibt an, dass die Wärme, die das Spiralenelement 5 der Probe 8 erzeugen muss, um die Glühkerze 100 auf einer vorbestimmten Temperatur (in diesem Fall 900°C) zu halten, verringert ist, so dass die Haltbarkeit des Spiralenelements 5 verbessert werden kann.

Claims

Eine Glühkerze (1, 100) umfassend ein metallisches Rohr (2), das ein geschlossenes entferntes Ende besitzt und sich axial erstreckt, einen stabartigen Isolierer (14), der in dem metallischen Rohr (2) so angeordnet ist, dass ein Zwischenraum zwischen dem Isolator (14) und dem metallischen Rohr (2) gebildet ist, ein Spiralenelement (5), das eine äußere Umfangsoberfläche des Isolators. (14) umschließt, und isolierendes Pulver (15), mit dem das metallische Rohr (2) beladen ist und das das Innere des metallischen Rohrs (2) füllt, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (14) aus einem isolierenden Material gebildet ist, welches eine thermische Leitfähigkeit besitzt, die unter der des Isolierpulvers (15) liegt.
Eine Glühkerze gemäß Anspruch 1, bei der A ≥ 0,6B ist, wobei A ein Durchmesser des Isolators (14) ist und B ein Innendurchmesser des Spiralenelements (5) ist.
Eine Glühkerze gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das isolierende Pulver (15) Magnesiumoxid und das isolierende Material Aluminium umfassen.
Eine Glühkerze gemäß Anspruch 1, wobei bei Betrachtung eines zu einer Längsachse (O) der Glühkerze (100) senkrechten Querschnitts das isolierende Pulver (15), welches in einem Zwischenraum zwischen dem metallischen Rohr (2) und dem Spiralenelement (5) vorliegt, eine größere Belegungsrate pro Flächeneinheit besitzt als das isolierende Material des Isolierers (14).
Eine Glühkerze gemäß Anspruch 4, wobei eine durchschnittliche Teilchengröße des isolierenden Pulvers (15) kleiner ist als die des isolierenden Materials.