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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizung zum Erwärmen eines zu erwärmenden Objekts, wie zum Beispiel eines Gases und einer Flüssigkeit, eine Glühkerze für einen Dieselmotor und einen Wassererhitzer zum Erwärmen von Wasser.
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STAND DER TECHNIK
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Als eine Heizung zur Verwendung in einem Dieselmotor gibt es eine Glühkerze. Diese Glühkerze umfasst ein zylindrisches Metallgehäuse, einen Metallmantel, der einen Wärmeerzeugungsabschnitt bildet, eine Heizspule als ein Heizelement, das in dem Metallmantel angeordnet ist, einen Mittelpol, der sich von der Öffnung des Metallmantels in den Innenraum des Metallmantels hinein erstreckt und mit der Heizspule direkt oder indirekt mittels einer Steuerspule verbunden ist, und ein Isoliermaterial, das in den Innenraum des Metallmantels gepackt ist. Die Öffnung des Metallmantels wird durch eine elastische Packung verschlossen, die zwischen dem Mittelpol und dem Metallmantel angeordnet ist.
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US-A-4,423,309 , das als der nächstliegende Stand der Technik angesehen wird, offenbart eine Heizung, wie oben beschrieben.
JP 2002-98332 bildet die Basis des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zu Defekten der oben angesprochenen Glühkerze gehören eine Aufweitung des Metallmantels infolge eines Feuchtwerdens des Isoliermaterials und ein Ölkurzschluss infolge des Eindringens von Öl in den Metallmantel.
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Die Erfindung basiert auf diesen Befunden. Die Erfindung stellt eine Heizung gemäß Anspruch 1 bereit.
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Indem vorgegeben wird, dass die Länge der elastischen Packung zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol nicht kleiner als 2,5 mm zu sein hat, können Dichtungseigenschaften erreicht werden, mit denen der Pressure-Cooker-Test (Electronic Industries Association of Japan, Spezifikation IC-121) bestanden wird. Des Weiteren kommt es zu keinem Ölkurzschluss selbst unter Testbedingungen, bei denen ein Ablaufmuster wiederholt wird, bei dem das Prüfstück in das Öl getaucht wird und anschließend elektrischer Strom angelegt wird.
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Vorzugsweise wird die Länge der elastischen Packung zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol auf einen Bereich von 3 mm bis 6 mm vorgegeben. Die Vergrößerung der Länge der elastischen Packung zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol erschwert das Einsetzen der elastischen Packung in den abgedichteten Abschnitt. Wenn hingegen die Länge der elastischen Packung zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol in den oben definierten Bereich fällt, so kommt es kaum zu einem Problem der Verschlechterung der Einsetzeigenschaften, sondern es werden verbesserte Dichtungseigenschaften mit spürbaren Vorteilen erreicht.
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Bei der oben angesprochenen Heizung ist die axiale Länge des Abschnitts mit kleinem Außendurchmesser größer als die Länge der elastischen Packung zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol. In dieser Anordnung ist die elastische Packung an dem Abschnitt mit kleinem Außendurchmesser angeordnet. Oder anders ausgedrückt: Da sich in dem Innenraum des festen Abschnitts in dem Metallmantel keine elastische Packung befindet und er mit einem Isoliermaterial gefüllt ist, das härter als die elastische Packung ist, wird des Weiteren gewährleistet, dass der Metallmantel mit einer Presspassung in das Metallgehäuse eingesetzt werden kann.
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Des Weiteren liegt die Differenz beim Durchmesser zwischen dem Abschnitt mit kleinem Außendurchmesser des Metallmantels und dem Innendurchmesser des festen Abschnitts des Metallgehäuses gemäß der Erfindung im Bereich von 0,02 mm bis 0,5 mm. Wenn die Differenz beim Durchmesser unter 0,02 mm liegt, so lässt sich der Abschnitt mit kleinem Durchmesser des Metallmantels nur schwer in den Eingriffnahmeabschnitt des Metallgehäuses einsetzen, wenn er dort hineingepresst wird. Wenn im Gegensatz dazu die Differenz beim Durchmesser 0,5 mm übersteigt, so wird die Belastung, mit der der Abschnitt mit kleinem Durchmesser in den Eingriffnahmeabschnitt gepresst wird, zu groß, wodurch das Auftreten einer Verformung wahrscheinlich wird. Der Bereich der Differenz beim Durchmesser, innerhalb dessen der gewünschte Effekt realisiert werden kann, beträgt besonders bevorzugt 0,02 mm bis 0,3 mm.
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Vorzugsweise ragt die elastische Packung nicht von der Öffnung des Metallmantels 3 heraus und ist im Innenraum des Metallmantels 3 aufgenommen. Wenn des Weiteren die elastische Packung 15 von der Öffnung des Metallmantels 3 hervorsteht, so ist die Länge des Hervorstehens vorzugsweise nicht größer als 3 mm. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Länge des Hervorstehens der elastischen Packung 15 von der Öffnung des Metallmantels 3 in einen Bereich von 0 bis 3 mm fällt, verhindert werden kann, dass die hervorstehende elastische Packung 15 das Einsetzen des Metallmantels 3 in das Metallgehäuse 2 behindert.
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Das Material der elastischen Packung ist vorzugsweise ein Silikonkautschuk oder ein Fluorharz, weil es eine ausgezeichnete Wärmefestigkeit aufweist, wie in Ansprüchen 3, 4 und 5 beschrieben. Die elastische Packung hat des Weiteren vorzugsweise die Form eines O-Rings oder Rings mit einem rechteckigen Querschnitt, wie in Anspruch 6 bzw. Anspruch 7 beschrieben. In dieser Anordnung kann die elastische Packung problemlos in den Metallmantel eingesetzt werden. Des Weiteren macht es die resultierende gleichförmige elastische Form in der Umfangsrichtung möglich, hervorragende Dichtungseigenschaften zu erhalten.
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Des Weiteren stellt die Erfindung eine Glühkerze bereit, welche die oben angesprochene Heizung aufweist, die zur Verwendung in einem Dieselmotor bestimmt ist, wie in Anspruch 8 beschrieben. Des Weiteren stellt die Erfindung einen Wassererhitzer bereit, der die oben angesprochene Heizung aufweist, deren Zweck es ist, Wasser zu erwärmen, wie in Anspruch 9 beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Vorderansicht, deren rechte Hälfte im Schnitt gezeigt ist; und
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2(a), 2(b) und 2(c) sind eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils, wobei der Schritt des Montierens der elastischen Packung veranschaulicht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Glühkerze (Heizung)
- 2
- Metallgehäuse
- 2a
- Eingriffnahmeabschnitt
- 3
- Metallmantel
- 3a
- Fester Abschnitt
- 3b
- Abschnitt mit kleinem Durchmesser
- 4
- Mittelpol
- 6
- Heizspule (Heizelement)
- 14
- Isoliermaterial
- 15
- Elastische Packung
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Implementierung der Erfindung anhand der Glühkerze beschrieben. 1 ist eine Vorderansicht, deren rechte Hälfte im Schnitt gezeigt ist. 2(a) bis (c) sind jeweils eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils, die den Schritt des Montierens der elastischen Packung zeigt.
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Eine Glühkerze 1 umfasst allgemein ein zylindrisches Metallgehäuse 2, einen Metallmantel 3, der an dem vorderen Ende des Metallgehäuses 2 befestigt ist, und einen Mittelpol 4 als eine Elektrode, wie in 1 gezeigt. Der Mittelpol 4 erstreckt sich durch die Mitte des Metallgehäuses 2 in den Innenraum des Metallmantels 3. Des Weiteren sind der Boden des Metallmantels 3 und das vordere Ende des Mittelpols 4 mittels einer Steuerspule 5 und einer Heizspule 6 als einem Heizelement elektrisch miteinander verbunden. Obgleich in der vorliegenden Ausführungsform die Steuerspule 5 zwischen dem Mittelpol 4 und der Heizspule 6 angeordnet ist, um die beiden Teile indirekt miteinander zu verbinden, können die Heizspule 6 und der Mittelpol 4 direkt miteinander verbunden sein, ohne dass eine Steuerspule 5 bereitgestellt wird.
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Des Weiteren ist der Metallmantel 3 mit einer Presspassung in den Eingriffnahmeabschnitt 2a des Metallgehäuses 2 an dem festen Abschnitt 3a eingesetzt (in Eingriff genommen).
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Das Metallgehäuse 2 hat ein gestuftes Loch 7 in seinem oberen Ende. Ein buchsenförmiger Isolierring 8, der in das gestufte Loch 7 eingesetzt ist, stützt den oberen Teil des Mittelpols 4 in der Mitte des Metallgehäuses 2 und bewirkt, dass die beiden Teile elektrisch voneinander isoliert sind. Zwischen dem gestuften Loch 7 und dem Mittelpol 4 ist ein Spalt ausgebildet. Der Spalt ist mit einem O-Ring 9 ausgefüllt.
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Andererseits ist am Umfang des oberen Körperabschnitts des Metallgehäuses 2 ein sechskantschraubenförmiger Werkzeugeingriffnahmeabschnitt 10 angeordnet, und ein Außengewinde ist unter dem Werkzeugeingriffnahmeabschnitt 10 zur Montage in einem (nicht gezeigten) Dieselmotor ausgebildet. Am oberen Teil des Mittelpols 4 ist ein Gewindeabschnitt 12 zum Anschließen eines (nicht gezeigten) Stromkabels ausgebildet. Eine Rundmutter 13, die mit dem Gewindeabschnitt 12 in Eingriff steht, hält den Isolierring 8.
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Der Metallmantel 3 wird durch ein elektrisch leitfähiges Metall gebildet. Der Innenraum des Metallmantels 3 ist mit einem Isoliermaterial 14 wie zum Beispiel Magnesiumoxidpulver gefüllt. Der Spalt zwischen dem Metallmantel 3 und dem Mittelpol 4 ist mit einer elastischen Packung 15 abgedichtet. Die elastische Packung 15 blockiert die Öffnung des Metallmantels 3. Die 2(a) bis (c) zeigen den Abdichtungsschritt an.
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Die elastische Packung 15 ist ein Ring mit einem rechteckigen Querschnitt aus Silikonkautschuk oder Fluorharz (Fluorkautschuk). Die Höhe und Dicke der elastischen Packung 15 sind so vorgegeben, dass ihre Länge zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol nicht kleiner als 2,5 mm ist, weil sonst eine Verformung (ein Zusammenfallen) während des Abdichtungsschrittes zu erwarten ist. Des Weiteren ist in einem vorherigen Schritt die Heizspule 6 an der Unterseite des Metallmantels 3 angeschlossen worden. Der Mittelpol 4 steht von dem offenen Ende des Metallmantels 3 hervor. Jedoch besteht der Mittelpol 4 aus zwei Teilen, die an einem Abschnitt verbunden sind, der durch das Symbol Z in 1 gezeigt ist. Die beiden Teile des Mittelpols 4 werden nach Beendigung des Schrittes der Abdichtung des Metallmantels 3 miteinander verschweißt. Dementsprechend hat der Mittelpol 4 bis zum Abschluss des Abdichtungsschrittes die Form eines Halbfertigteils, d. h. eines bloßen Rundstabes.
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Das Isoliermaterial 14 wird also in dem Innenraum des Metallmantels 3 dergestalt angeordnet, dass ein Raum zum Einsetzen der elastischen Packung 15 bleibt. Anschließend wird das Isoliermaterial 14, das an der Innenseite des Metallmantels 3 angebracht ist, vollständig entfernt. Der Metallmantel 3 hat entsprechend der elastischen Packung 15 eine verringerte Dicke auf seiner Innenseite.
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Anschließend wird die elastische Packung 15 in das Halbfertigteil über dem Mittelpol 4 eingesetzt. Die elastische Packung 15 wird dann in den Raum des Metallmantels 3 eingesetzt, wie in 2(a) gezeigt. Anschließend, wie in 2(b) gezeigt, wird der Metallmantel 3 nur an seinem oberen Abschnitt gestaucht, um die elastische Packung 15 zusammenzudrücken. Anschließend, wie in 2(c) gezeigt, wird der Metallmantel 3 vollständig auf eine vorgegebene Größe gestaucht. Zu dem Zeitpunkt, wenn der Abdichtungsschritt vollendet ist, ist nun die axiale Länge L1 der elastischen Packung 15 zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol nicht kleiner als 2,5 mm, vorzugsweise 3 mm bis 6 mm.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die elastische Packung 15 nicht von der Öffnung des Metallmantels 3 hervorsteht, wie in 2(c) gezeigt. In dem Fall, wo die elastische Packung 15 von der Öffnung des Metallmantels 3 hervorsteht, ist die Länge des Hervorstehens vorzugsweise nicht größer als 3 mm. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Länge des Hervorstehens der elastischen Packung 15 von der Öffnung des Metallmantels 3 in einen Bereich von 0 bis 3 mm fällt, verhindert werden kann, dass die hervorstehende elastische Packung 15 das Einsetzen des Metallmantels 3 in das Metallgehäuse 2 behindert.
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Der Metallmantel 3 hat einen Abschnitt 3b mit kleinem Durchmesser, der in der Nähe seiner Öffnung ausgebildet ist. Der Außendurchmesser des Abschnitts 3b mit kleinem Durchmesser ist so festgelegt, dass er kleiner als der Außendurchmesser des festen Abschnitts 3a ist. Da der Außendurchmesser des Abschnitts 3b mit kleinem Durchmesser so festgelegt ist, dass er um 0,02 mm bis 0,5 mm kleiner als der Innendurchmesser des Eingriffnahmeabschnitts 2a des Metallgehäuses 2 ist, kann die Belastung, die an den Metallmantel 3 angelegt wird, wenn der Metallmantel 3 in den Eingriffnahmeabschnitt 2a hineingepresst wird, minimiert werden, wodurch es möglich wird, den Metallmantel 3 problemlos in den Eingriffnahmeabschnitt 2a einzusetzen und den Metallmantel 3 in dem Eingriffnahmeabschnitt 2a zu fixieren. Da des Weiteren die Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Metallmantels 3 und dem Innendurchmesser des Eingriffnahmeabschnitts 2a des Metallgehäuses 2 nicht größer als 0,5 mm ist, wodurch es möglich wird, den Außendurchmesser des Abschnitts 3b mit kleinem Durchmesser maximal zu befestigen, kann die Festigkeit des Metallmantels 3 maximiert werden.
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Des Weiteren ist die axiale Länge L2 des Abschnitts 3b mit kleinem Durchmesser so festgelegt, dass sie größer als die axiale Länge L1 der elastischen Packung 15 zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol ist, d. h. L2 > L1 (wobei L2 = 5 bis 25 mm). Dementsprechend ist in dem Metallmantel 3 keine elastische Packung 15 an dem festen Abschnitt 3a angeordnet, sondern das Isoliermaterial 14 ist darin an dem festen Abschnitt 3a gepackt. Dementsprechend kann der feste Abschnitt 3a härter gestaltet werden, wodurch es möglich ist, den Metallmantel 3 in einer Presspassung auf dem Mittelpol 4 an dem Eingriffnahmeabschnitt 2a zu halten.
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BEISPIELE
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Es wurden fünf Versuchsprodukte mit unterschiedlichen Längen der elastischen Packung
15 zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol hergestellt. Diese Versuchsprodukte wurden jeweils einem Pressure-Cooker-Test (Electronic Industries Association of Japan, Spezifikation IC-121) als einem Hygroskopizitätstest unterzogen. Diese Versuchsprodukte wurden außerdem jeweils einem Test unterzogen, bei dem ein Ablaufmuster wiederholt wird, bei dem das Prüfstück in das Öl getaucht wird und anschließend elektrischer Strom angelegt wird, um das Auftreten eines Ölkurzschlusses zu untersuchen. Die Ergebnisse der Tests sind in den Tabellen 1 und 2 dargelegt. In diesen Tabellen bedeutet das Symbol ”x”, dass alle Versuchsprodukte ein Problem aufwiesen; das Symbol ”O” bedeutet, dass einige der Versuchsprodukte ein Problem aufwiesen; und das Symbol ”
” bedeutet, dass keines der Versuchsprodukte ein Problem aufwies. Tabelle 1
Tabelle 2
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Wie anhand dieser Ergebnisse zu erkennen ist, können, wenn die Länge der elastischen Packung 15 zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol nicht kleiner als 2,5 mm ist, sowohl die elastische Packung 15 aus Silikonkautschuk als auch die elastische Packung 15 aus Fluorharz einen Anteil daran haben, die Aufweitung des Metallmantels 3 infolge von Feuchtwerden zu verhindern. Insbesondere wurde bei der elastischen Packung 15 aus Fluorharz festgestellt, dass sie eine Wirkung des Verhinderns der Aufweitung des Metallmantels 3 ausübt. Des Weiteren wurde bei der elastischen Packung 15 aus Fluorharz und der elastischen Packung 15 aus Silikonkautschuk festgestellt, dass sie eine deutliche Wirkung des Verhinderns des Auftretens eines Ölkurzschlusses ausüben, wenn die Länge der elastischen Packung in unmittelbarem Kontakt mit der abgedichteten Fläche nicht kleiner als 2,5 mm ist.
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Obgleich die Erfindung anhand einer Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Erfindung natürlich nicht auf die oben angesprochene Ausführungsform beschränkt. Obgleich zum Beispiel die elastische Packung 15 der oben angesprochenen Ausführungsform die Form eines Rings mit einem rechteckigen Querschnitt (zylindrische Form) aufweist, kann sie auch die Form eines O-Rings mit einem kreisrunden Querschnitt haben. Obgleich die oben angesprochene Ausführungsform mit Bezug auf die Glühkerze 1 beschrieben wurde, kann die Erfindung auch als ein Wassererhitzer verwendet werden (zu konkreten Anwendungsbeispielen gehören Haushaltsgeräte wie zum Beispiel ein Wasserkessel, ein Wassertank für Fische oder dergleichen, und Frostschutzvorrichtungen für Wasserrohre).
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Gemäß der Erfindung ist die Länge der elastischen Packung zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol so festgelegt, dass sie nicht kleiner als 2,5 mm ist, wodurch es möglich wird, ausgezeichnete Dichtungseigenschaften zu erreichen, mit denen der Pressure-Cooker-Test (Electronic Industries Association of Japan, Spezifikation IC-121) bestanden wird. Des Weiteren kann eine ausgezeichnete Wirkung des Verhinderns des Auftretens eines Ölkurzschlusses selbst bei einem Test erzielt werden, bei dem ein Ablaufmuster wiederholt wird, bei dem das Prüfstück in das Öl getaucht wird und anschließend elektrischer Strom angelegt wird.
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Des Weiteren erschwert eine Vergrößerung der Länge der elastischen Packung zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol das Einsetzen der elastischen Packung in den abgedichteten Abschnitt. Wenn jedoch die Länge der elastischen Packung zwischen dem Metallmantel und dem Mittelpol so festgelegt ist, dass sie im Bereich von 3 mm bis 6 mm liegt, so kommt es kaum zu einem Problem der Verschlechterung der Einsetzeigenschaften, sondern es werden verbesserte Dichtungseigenschaften mit spürbaren Vorteilen erreicht.
Tabelle 2
