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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze zum Vorheizen des Inneren
eines Zylinders eines Dieselmotors sowie eine Glühkerze zum Vorheizen von Wasser.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen
beschrieben, in denen gilt:
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht einer Glühkerze 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines entfernten Endteils der Glühkerze
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bezugsziffern
werden verwendet, um Elemente, die in den Zeichnungen gezeigt sind,
folgendermaßen zu
identifizieren:
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- 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
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Das
Ausführungsbeispiel
1 der vorliegenden Erfindung wird als nächstes mit Bezug auf die Zeichnungen
im Einzelnen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
nächstes
wird das Ausführungsbeispiel
2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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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.
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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.
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Beispiel 1
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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 %.
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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.
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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.
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Beispiel 2
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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.
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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.
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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.