DE60225769T2

DE60225769T2 - Keramisches Heizelement und Glühkerze mit solchem Heizelement

Info

Publication number: DE60225769T2
Application number: DE60225769T
Authority: DE
Inventors: Masato Nagoya-shi Taniguchi; Fumihiko Nagoya-shi Haraguchi
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: US20030042243A1; JP2003068428A; JP4553529B2; US6737612B2; DE60225769D1; EP1288572A2; EP1288572A3; EP1288572B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein keramisches Heizelement und eine Glühkerze, die das keramische Heizelement aufweist.
Im Folgenden bezieht sich der Begriff „vordere" auf eine sich erhitzende Endseite in Bezug auf die axiale Richtung eines stabförmigen keramischen Heizelements, und der Begriff „hintere" bezieht sich auf eine der vorderen Seite gegenüber liegende Seite.
Es wird weit verbreitet eine Glühkerze verwendet, die eine zylindrische metallische Ummantelung, ein in der metallischen Ummantelung angeordnetes stabförmiges keramisches Heizelement, wobei ein vorderer Endabschnitt desselben aus der metallischen Ummantelung vorsteht, eine mittlere Elektrode, die teilweise in einem hinteren Abschnitt der metallischen Ummantelung angeordnet und mit einer Stromquelle verbunden ist, sowie eine metallische Zuleitung umfasst, durch die das keramische Heizelement und die mittlere Elektrode miteinander elektrisch verbunden sind. Bei einem solchen Aufbau wird das keramische Heizelement durch die mittlere Elektrode und die Zuleitung unter Strom gesetzt.
Normalerweise werden das keramische Heizelement und die Zuleitung durch die folgenden Verfahren (1) bis (3) miteinander verbunden:

(1) Ein vorderer Endabschnitt der Zuleitung wird gewickelt und ein am hinteren Ende des keramischen Heizelements freiliegender Heizelementanschluss in den gewickelten vorderen Abschnitt der Zuleitung eingesetzt und hartgelötet wie es in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 10-205 753 offenbart ist;
(2) Eine metallische Verbindungskappe wird mit einem hinteren Ende des keramischen Heizelements hartgelötet, so dass die Verbindungskappe sowohl eine hintere Abschlussfläche als auch eine äußere Umfangsfläche des keramischen Heizelements abdeckt; und ein vorderer Endabschnitt der Zuleitung wird mit der Verbindungskappe hartgelötet wie es in den Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 4-268122 und 62-141423 sowie den Japanischen Patentschriften Nr. 60-30608 , und 63-091432 mit Patentzu sammenfassungen aus Japan, Bd. 012, Nr. 325 (M-737), 5. September 1988, offenbart ist; und
(3) Ein vorderer Endabschnitt der Zuleitung ist an einem hinteren Ende des keramischen Heizelements eingebettet wie es in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-356343 offenbart ist.

Bei den oben erwähnten herkömmlichen Verfahren (1) bis (3) gibt es jedoch einige Probleme.
Es ist zunehmend gefordert worden, die Größe der Glühkerze raumsparend zu machen, um einen Mehrventil-Dieselmotor bereitzustellen und Gewichtsreduzierungen von Motorteilen zu erzielen. Bei dem Verfahren (1) nimmt jedoch der gewickelte Endabschnitt der Zuleitung radialen Zwischenraum um das hintere Ende des keramischen Heizelements ein. Folglich kann eine solche Forderung wegen des radialen Zwischenraums für den gewickelten Endabschnitt der Zuleitung nicht immer zufrieden gestellt werden, selbst wenn der Durchmesser des keramischen Heizelements kleiner gemacht wird. Des Weiteren tritt die Möglichkeit eines Kurzschlusses bei Anordnung des gewickelten Endabschnitts der Zuleitung in einem sehr kleinen Zwischenraum zwischen der metallischen Ummantelung und dem keramischen Heizelement auf. Die Forderung, die Größe der Glühkerze raumsparend zu machen, kann auch nicht immer bei dem Verfahren (2) zufrieden gestellt werden, weil die Verbindungskappe radialen Zwischenraum um das keramische Heizelement herum einnimmt. Außerdem wirkt eine starke thermische Belastung durch die Verbindungskappe auf das keramische Heizelement ein, wodurch das keramische Heizelement dazu neigt, Risse zu bekommen. Bei dem Verfahren (3) muss der vordere Endabschnitt der Zuleitung als ein gesintertes Element getrennt gebildet werden, wodurch sich ein hoher zeitlicher Aufwand und Produktionsaufwand ergibt. Des Weiteren neigt die Verbindungsfläche zwischen dem keramischen Heizelement und der Zuleitung dazu, nicht ausreichend zu sein, um eine gute Festigkeit der Verbindung zu erreichen.
ABRISS DER ERFINDUNG
Deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines keramischen Heizelements, das leicht hergestellt werden kann und bei Anwendung auf eine Glühkerze das Risiko eines Kurzschlusses reduzieren und eine genaue Verbindung zwischen dem keramischen Heizelement und der Zuleitung bei wiederholten Heiz- und Kühlzyklen aufrecht erhalten kann, während ermöglicht wird, dass die Größe der Glühkerze raumsparend wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch die Bereitstellung einer Glühkerze, die ein solches keramisches Heizelement nutzt.
Nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein keramisches Heizelement vorgesehen, das umfasst: einen stabförmigen Heizelementkörper mit einem isolierenden keramischen Substrat, ein Heizwiderstand, der in einen vorderen Endabschnitt des keramischen Substrats eingebettet ist und einen elektrischen Leiter, der in das keramische Substrat eingebettet ist, wobei ein vorderer Endabschnitt desselben mit dem Heizwiderstand elektrisch verbunden ist und ein hinterer Endabschnitt desselben an einer hinteren Abschlussfläche des Heizelementkörpers freiliegt; und ein Ausleitelement, das eine vordere Fläche aufweist, die mit einem Teil der hinteren Abschlussfläche des Heizelementkörpers über eine metallische Schicht so verbunden ist, dass der freiliegenden hintere Endabschnitt des elektrischen Leiters abgedeckt ist und eine äußere Umfangsfläche des Heizelementkörpers nicht abgedeckt ist.
Nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Glühkerze vorgesehen, die umfasst: ein keramisches Heizelement, das mit einem stabförmigen Heizelementkörper und einem Ausleitelement versehen ist, wobei der Heizelementkörper ein isolierendes keramisches Substrat aufweist, einen Heizwiderstand, der in einen vorderen Endabschnitt des keramisches Substrats eingebettet ist und einen elektrischen Leiter aufweist, der in das keramische Substrat eingebettet ist, wobei ein vorderer Endabschnitt desselben elektrisch mit dem Heizwiderstand verbunden ist und ein hinterer Abschnitt desselben an einer hinteren Abschlussfläche des Heizelementkörpers freiliegt, das Ausleitelement eine vordere Fläche aufweist, die mit einem Teil der hinteren Abschlussfläche des Heizelementkörpers über eine metallische Schicht so verbunden ist, dass der freiliegende hintere Endabschnitt des elektrischen Leiters abgedeckt ist und eine äußere Umfangsfläche des Heizelementkörpers abgedeckt gehalten wird; eine metallische Hülse, die den Heizelementkörper am Umfang umgibt, wobei ein vorderer Endabschnitt des Heizelementkörpers aus der metallischen Hülse vorsteht; und eine metallische Ummantelung, die auf dem hinteren Endabschnitt der metallischen Hülse aufgesetzt ist und einen Anbringungsabschnitt an einer äußeren Umfangsfläche derselben aufweist, um die Glühkerze in einem Zylinderkopf zu installieren.
Nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein keramisches Heizelement vorgesehen, das aufweist: einen stabförmigen Heizelementkörper mit einem isolierenden keramischen Substrat, einem Heizwiderstand, der in einen vorderen Endabschnitt des keramischen Substrats eingebettet ist, und einem Paar von ersten und zweiten elektrischen Leitern, die in das keramische Substrat eingebettet sind, wobei die vorderen Endabschnitte derselben elektrisch mit dem Heizwiderstand verbunden sind, und hintere Endabschnitte derselben an einer hinteren Abschlussfläche des Heizelementkörpers freiliegen; und erste und zweite Ausleitelemente mit Vorderflächen, die mit Teilen der hinteren Abschlussfläche des Heizelementkörpers über metallische Schichten so verbunden sind, dass die freiliegenden hinteren Endabschnitte der jeweils ersten und zweiten elektrischen Leiter abgedeckt sind und eine äußere Umfangsfläche des Heizelementkörpers nicht abgedeckt ist.
Nach einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Glühkerze vorgesehen, die umfasst: ein keramisches Heizelement, das mit einem stabförmigen Heizelementkörper und einem Paar von ersten und zweiten Ausleitelementen versehen ist, der Heizelementkörper ein isolierendes keramisches Substrat aufweist, ein Heizwiderstand in einen vorderen Endabschnitt des keramischen Substrats eingebettet ist, und ein Paar von ersten und zweiten elektrischen Leitern in das keramische Substrat eingebettet ist, wobei vordere Endabschnitte derselben elektrisch mit dem Heizwiderstand verbunden sind und hintere Endabschnitte derselben an einer hinteren Abschlussfläche des Heizelementkörpers freiliegen, wobei die ersten und zweiten Ausleitelemente Vorderflächen aufweisen, die mit Teilen der hinteren Abschlussfläche des Heizelementkörpers über metallische Schichten so verbunden sind, dass die freiliegenden hinteren Endabschnitte der jeweils ersten und zweiten elektrischen Leiter abgedeckt sind und eine äußere Umfangsfläche des Heizelementkörpers nicht abgedeckt ist; eine metallische Hülse, die den Heizelementkörper am Umfang umgibt, wobei ein vorderer Endabschnitt des Heizelementkörpers aus der metallischen Hülse vorsteht; und eine metallische Ummantelung auf einem hinteren Endabschnitt der metallischen Hülse aufgesetzt ist und einen Anbringungsabschnitt auf einer äußeren Umfangsfläche derselben aufweist, um die Glühkerze in einem Zylinderkopf zu installieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist die Schnittdarstellung einer Glühkerze nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2A ist eine Schnittansicht, die einen vorderen Abschnitt der Glühkerze von 1 darstellt;
2B ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines hinteren Endabschnitts eines keramischen Heizelements nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Schnittdarstellung von Ausleitelementen des keramischen Heizelements nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Schnittdarstellung, die den vorderen Abschnitt einer Glühkerze nach einer Modifizierung der ersten Ausführung veranschaulicht; und
5 ist eine Schnittdarstellung, die einen vorderen Abschnitt der Glühkerze nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6A ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung des hinteren Endabschnitts des keramischen Heizelements mit Ausleitelementen, mit denen Zuleitungen verbunden sind, nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
6B ist eine Seitenansicht der Verbindung zwischen dem Ausleitelement und der Zuleitung von 6A;
7 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Verbindung zwischen der Zuleitung und einem Ausleitelement eines keramischen Heizelements nach einer Modifizierung der zweiten Ausführung veranschaulicht;
8 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Verbindung zwischen der Zuleitung und einem Ausleitelement des keramischen Heizelements nach einer weiteren Modifizierung der zweiten Ausführung veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGEN
Durch bevorzugte Ausführungen wird eine Erläuterung eines keramischen Heizelements und einer Glühkerze, die das keramische Heizelement nach der vorliegenden Erfindung aufweist, gegeben. In den folgenden Ausführungen sind gleiche Teile und Abschnitte durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet und wiederholte Beschreibungen derselben werden weggelassen.
Zuerst wird mit Bezug auf die 1, 2A, 2B, 3 und 4 eine Glühkerze 50 nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Mit Bezug auf die 1, 2A und 2B besitzt die Glühkerze 50 ein keramisches Heizelement 1, eine metallische Hülse 3, die das keramische Heizelement 1 am Umfang umgibt, wobei ein vorderer Endabschnitt des keramischen Heizelements 1 von der metallischen Hülse 3 vorsteht, eine metallische Ummantelung 4, die darin einen hinteren Endabschnitt der metallischen Hülse 3 sichert, eine mittlere Elektrode 6, die teilweise in einem hinteren Endabschnitt der metallischen Ummantelung 4 eingesetzt ist, sowie Zuleitungen 16 und 17 zur elektrischen Verbindung des keramischen Heizelements 1 mit der metallischen Hülse 3 bzw. der mittleren Elektrode 6. Ein mit Gewinde versehener Anbringungsabschnitt 5 ist an der äußeren Umfangsfläche der metallischen Ummantelung 4 so ausgebildet, um die Glühkerze 1 in einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) zu montieren.
Die metallische Ummantelung 4 wird an der metallischen Ummantelung 3 durch Hartlöten befestigt (d. h. Ausfüllen eines Zwischenraums zwischen einer inneren Umfangsflä che der metallischen Ummantelung 4 und einer äußeren Umfangsfläche der metallischen Hülse 3 mit einem Hartlot) oder durch Laserschweißen einer inneren Vorderkante der metallischen Ummantelung 4 an die äußere Umfangsfläche der metallischen Hülse 3.
Wie in 2A gezeigt ist, ist in der ersten Ausführung das keramische Heizelement 1 in der metallischen Hülse 3 so angeordnet, dass sich eine hintere Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 im inneren der metallischen Hülse 3 befindet. Des Weiteren steht ein hinterer Endabschnitt der metallischen Hülse 3 in radialer Richtung so vor, dass der Innendurchmesser des hinteren Endabschnitts der metallischen Hülse 3 größer gemacht wird und dadurch einen Zwischenraum G zwischen einer äußeren Umfangsfläche 2s des Heizelementkörpers 2 und einer inneren Umfangsfläche des hinteren Endabschnitts der metallischen Hülse 3 bewirkt.
Das keramische Heizelement 1 besitzt einen stabförmigen Heizelementkörper 2, der mit einem keramischen Substrat 14 und einer Heizeinheit 10 versehen ist. Die Heizeinheit 10 umfasst einen U-förmigen Heizwiderstand 11, der in einen vorderen Endabschnitt des keramischen Substrats 14 eingebettet ist, und ein Paar von stabförmigen elektrischen Leitern 12 und 13, welches in das keramischen Substrat 14 an der hinteren Seite des Heizwiderstandes 11 eingebettet ist. Der U-förmige Heizwiderstand 11 besitzt einen vorderen Endabschnitt 11a (d. h. die Unterseite des U) und hintere Endabschnitte 11b, die mit Verbindungsflächen 15 ausgebildet sind. Der Durchmesser des vorderen Endabschnitts 11a ist kleiner gemacht als die hinteren Endabschnitte 11b, so dass am vorderen Endabschnitt 11a Speisestrom zum Beheizen des vorderen Endabschnitts 11a auf die höchste Temperatur im Arbeitszustand konzentriert wird. Die elektrischen Leiter 12 und 13 befinden sich normalerweise parallel längs einer Achse der Glühkerze 50 und weisen vordere Endabschnitte auf, die mit entsprechenden Verbindungsflächen 15 des Heizwiderstandes 11 und hinteren Endabschnitten, die an der hinteren Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 freiliegen, verbunden sind.
Das keramische Heizelement 1 umfasst des Weiteren erste und zweite Ausleitelemente 26 und 27, um die freiliegenden hinteren Endabschnitte der elektrischen Leiter 12 und 13 elektrisch mit den Zuleitungen 16 bzw. 17 zu verbinden. Die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 sind mit Teilen der hinteren Abschlussfläche 2r des Heizele mentkörpers 2 über metallische Schichten 36 und 37 so verbunden, dass die hinteren Endabschnitte der Leiter 12 bzw. 13 abgedeckt werden, jedoch die äußere Umfangsfläche 2s des Heizelementkörpers 2 nicht abgedeckt wird. Die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 sind voneinander isoliert. Das heißt, es besteht keine Notwendigkeit, einen zusätzlichen radialen Zwischenraum für die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 vorzusehen, so dass die Größe der Glühkerze 50 raumsparend gemacht werden kann, insbesondere wenn der Durchmesser des Heizelementkörpers 2 kleiner gemacht wird. Des Weiteren kann wirksam verhindert werden, dass der Heizelementkörper 2 Risse bekommt und gespaltet wird, ohne dass auf die größere Umfangsfläche 2s eine große thermische Beanspruchung einwirkt wird, selbst wenn die Glühkerze 50 zyklisch erhitzt und gekühlt wird.
Des Weiteren ist jedes der ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 zu einer Platte geformt. So besitzt das erste Ausleitelement 26 eine Vorderfläche, die über die metallische Schicht 36 mit der hinteren Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 einschließlich einer freiliegenden Fläche des hinteren Endabschnitts des Leiters 12 verbunden ist, während das zweite Ausleitelement 27 eine Vorderfläche aufweist, die über die metallische Schicht 37 mit der hinteren Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 einschließlich einer freiliegenden Fläche des hinteren Endabschnitts des Leiters 13 verbunden ist. Dies ermöglicht es, größere Verbindungsflächen zwischen dem Heizelementkörper 2 und jedem der ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27, zwischen dem elektrischen Leiter 12 und dem ersten Ausleitelement 26 sowie dem elektrischen Leiter 13 und dem zweiten Ausleitelement 27 zu gewährleisten, und dadurch die Festigkeit der Verbindungen dazwischen zu erhöhen. Außerdem können die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 mit der hinteren Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 durch Hartlöten in einem solchen Aufbau leicht verbunden werden, wobei keine aufwändige Zeit und Aufwand benötigt werden, um die ersten und zweiten Ausleitelemente bereitzustellen.
Spezieller sind die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 normalerweise kreisförmig, was in der ersten Ausführung jeweils durch kreisförmige Kanten 26x und 27x sowie lineare Kanten 26y und 27y definiert ist. Die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 sind einander gegenüberliegend so angeordnet, dass sie einen vorgegebenen Zwischenraum zwischen den linearen Kanten 26y und 27y erzeugen.
Um eine zweckmäßige Isolierung zwischen den ersten und zweiten Ausleitelementen 26 und 27 einzurichten, ist der Zwischenraum vorzugsweise größer als oder gleich 0,1 mm. Hinsichtlich der Miniaturisierung der Glühkerze 50 ist des Weiteren der Zwischenraum vorzugsweise kleiner als oder gleich 1,0 mm. In der ersten Ausführung ist der Zwischenraum 0,5 mm.
In der ersten Ausführung sind die Zuleitungen 16 und 17 jeweils an den ersten und zweiten Ausleitelementen 26 und 27 angeformt, um die Anzahl von Teilen zu reduzieren. Die Zuleitung 16 und das erste Ausleitelement 26 sind zu einem Teil geformt, so dass sich die Zuleitung 16 radial von der kreisförmigen Kante 26x des ersten Ausleitelements 26 erstreckt, um den Zwischenraum G zu kreuzen; und ein Endabschnitt der Zuleitung 16 wird in axialer Richtung nach hinten gebogen und mit der inneren Umfangsfläche des hinteren Endabschnitts der metallischen Hülse 3 z. B. durch Widerstandsschweißen verbunden. Die Zuleitung 17 und das zweite Ausleitelement 27 sind ebenfalls zu einem Teil geformt, so dass sich die Zuleitung 17 in axialer Richtung von der kreisförmigen Kante 27x des zweiten Ausleitelements 27 erstreckt, und ein hinterer Endabschnitt der Zuleitung 17 wird mit einem vorderen Endabschnitt der mittleren Elektrode 6 zum Beispiel durch Widerstandsschweißen verbunden.
Bei vorhandenem Zwischenraum G wird es leichter, zwischen dem Heizelementkörper 2 und der metallischen Hülse 3 eine elektrische Verbindung herzustellen, indem das erste Ausleitelement 26 und die daran befindliche Zuleitung 16 verbunden werden, und wird möglich, bei Kontakt zwischen der Zuleitung 17 und der metallischen Hülse 3 einen Kurzschluss zu vermeiden. Der Zwischenraum G ist vorzugsweise größer oder gleich 0,1 mm, so dass das erste Ausleitelement 26 und die Zuleitung 15 mit dem Heizelementkörper 2 bzw. der metallischen Hülse 3 leicht verbunden werden können und die Zuleitung 17 und die metallische Hülse 3 sicher voneinander isoliert sind. Außerdem ist der Zwischenraum G vorzugsweise kleiner als oder gleich 1,0 mm, um die Größe der Glühkerze 50 raumsparend zu machen. In der ersten Ausführung ist der Zwischenraum G 0,5 mm.
In dem Heizelementkörper 2 besteht das keramische Substrat 14 aus keramischem Material mit einer Isoliereigenschaft und der Heizwiderstand 11 und die elektrischen Leiter 12 und 13 bestehen aus keramischem Material, das eine elektrische Leitfähigkeit auf weist. Wenn der gesamte Heizelementkörper 2 aus keramischem Material besteht, kann er mit wenigen Aufwendungen an Zeit und Aufwand hergestellt werden.
Das keramische Material für das keramische Substrat 14 kann ein beliebiger isolierender Keramikwerkstoff sein. In der ersten Ausführung wird Siliziumnitridkeramik verwendet. Die Siliziumnitridkeramik enthält im Allgemeinen Kristallkörner, die überwiegend aus Siliziumnitrid (Si₃N₄) bestehen, die durch eine Korngrenze miteinander verbunden sind, die sich aus einem Sintermittel ergibt. Das Siliziumnitrid kann Al und O enthalten, mit denen etwas von Si bzw. N substituiert wird. Die Kristallkörner können ein Metallatom oder Atome wie Li, Ca, Mg und/oder Y in dem Siliziumnitrid als Mischkristall enthalten. Das Sintermittel enthält ein kationisches Element oder Elemente, die aus den Gruppen 3A, 4A, 5A, 3B (z. B. Al) und 4B (z. B. Si) des Periodensystems ausgewählt sind, und Mg. Das oben erwähnte kationische Element und Elemente werden in Oxidform hinzugefügt und sind in Form von Oxid oder Verbundoxid (wie Silikat) in der gesinterten Siliziumnitridkeramik enthalten. Die Menge des Sintermittels liegt von 1 bis 10 Gew.-% hinsichtlich von Oxid, das auf dem Gesamtgewicht der gesinterten Siliziumnitridkeramik basiert. Wenn die Menge des Sintermittels weniger als 1 Gew.-% ist, kann das keramische Material bei Sinterung nicht feinkörnig werden. Andererseits kann, wenn die Menge des Sintermittels mehr als 10 Gew.-% beträgt, der erhaltene keramische Werkstoff keine ausreichende Festigkeit, Zähigkeit und/oder Wärmebeständigkeit erreichen. Vorzugsweise liegt die Menge des Sintermittels von 2 bis 8 Gew.-%. In dem Fall, dass das Sintermittel ein Seltenerdelement oder -elemente enthält, kann aus Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ausgewählt werden. Unter diesen Elementen sind Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Yb bevorzugt, weil sie Wirkungen der Unterstützung der Kristallisation von Korngrenzen bewirken und Warmfestigkeit von Korngrenzen verbessern.
Das keramische Material für den Heizwiderstand 11 (im Folgenden als „erstes keramisches Material" bezeichnet) besitzt einen höheren elektrischen Widerstand als das keramische Material für die Leiter 12 und 13 (als „zweites keramisches Material" bezeichnet). Das Verfahren zur Bereitstellung des ersten und zweiten keramischen Materials mit unterschiedlichen elektrischen Widerständen ist nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel kann verwendet werden:

(1) Das Verfahren, bei dem die gleiche Art von leitfähigem keramischem Material in der ersten und zweiten Keramik mit unterschiedlichen Gehalten derselben enthalten ist;
(2) Das Verfahren, bei dem unterschiedliche Arten von leitfähigen keramischen Werkstoffen mit unterschiedlichen elektrischen Widerständen jeweils in der ersten und der zweiten Keramik enthalten sind; oder
(3) Das Verfahren, bei dem die gleichen und unterschiedliche Arten von leitfähigen, keramischen Werkstoffen in Kombination in der ersten und zweiten Keramik enthalten sind.

In der ersten Ausführung wird das Verfahren (1) verwendet. Das leitfähige keramische Material kann z. B. Wolframcarbid (WC), aufsiliciertes Molybdän (MoSi₂) und aufsiliciertes Wolfram (WSi₂) sein. In der ersten Ausführung wird Wolframcarbid verwendet.
Um Unterschiede bei den Längenausdehnungskoeffizienten zwischen dem Heizwiderstand 11 und dem keramischen Substrat 14 sowie zwischen den elektrischen Leitern 12 und 13 und dem keramischen Substrat 14 zu reduzieren und dadurch die Wärme- und Stoßfestigkeit zu erhöhen, kann zu dem ersten und zweiten keramischen Material der gleiche isolierende keramische Werkstoff, der für das keramische Substrat 14 (in der Ausführung Siliziumnitridkeramik) verwendet wird, hinzugefügt werden.
Die elektrischen Widerstände des ersten und des zweiten keramischen Materials können in Abhängigkeit von dem Gehalt des isolierenden keramischen Materials und dem Gehalt des leitfähigen keramischen Materials eingestellt werden. Spezieller umfasst das erste keramische Material für den Heizwiderstand 11 10 bis 25 Vol.-% des leitfähigen keramischen Materials, wobei der Rest das isolierende keramische Material ist. Wenn die Menge des leitfähigen keramischen Materials mehr als 25 Vol.-% beträgt, wird die Leitfähigkeit des ersten keramischen Materials zu hoch, so dass der Heizwiderstand 11 nicht genug Wärme erzeugen kann. Wenn die Menge des leitfähigen keramischen Materials kleiner als 10 Vol.-% ist, wird die Leitfähigkeit des ersten keramischen Materials zu gering, so dass der Heizwiderstand 11 nicht genug Wärme erzeugen kann. Des Weiteren enthält das zweite keramische Material für die Leiter 12 und 13 15 bis 30 Vol.-% des leitfähigen keramischen Materials, wobei der Rest das isolierende keramische Material ist. Wenn die Menge des leitfähigen keramischen Materials mehr als 30 Vol.-% beträgt, kann das zweite keramische Material bei Sinterung nicht feinkörnig werden und daher keine ausreichende Festigkeit besitzen. Außerdem steigt der elektrische Widerstand des zweiten keramischen Materials nicht genug an, auch wenn es auf eine normale Arbeitstemperatur zur Vorwärmung eines Motors erhitzt wird, wodurch es nicht gelingt, eine selbst überwachende Funktion zur Stabilisierung seiner Stromdichte durchzuführen. Wenn die Menge des leitfähigen keramischen Materials kleiner als 15 Vol.-% ist, erzeugen die elektrischen Leiter 12 und 13 Wärme, wodurch sich der wärmeerzeugende Nutzeffekt des Heizwiderstandes 11 verschlechtert. In der ersten Ausführung enthält das erste keramische Material 16 Vol.-% (55 Gew.-%) Wolframcarbid, wobei der Rest Siliziumnitridkeramik ist, und das zweite keramische Material enthält 20 Vol.-% (70 Gew.-%) Wolframcarbid, wobei der Rest Siliziumnitridkeramik ist.
Anstelle der keramischen Leiter 12 und 13 kann, wie in 4 dargestellt, ein Paar von elektrischen Leitern 51 und 52 eingesetzt werden, die als Zuleitungsdrähte aus schwer schmelzendem Metall (wie Wolfram oder dergleichen) gebildet werden. Jedoch tritt dort die Möglichkeit einer Wanderung im elektrischen Feld auf, durch die die Metallatome der Leiter 51 und 52 unter der sich aus Feldgradienten ergebenden elektromechanischen Kraft zerstreut werden. Die Auswirkung der Wanderung im elektrischen Feld kann durch die Verwendung der keramischen Leiter 12 und 13 wesentlich vermieden werden.
Die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 sind, wie oben beschrieben, jeweils über die metallischen Schichten 36 und 37 mit der hinteren Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 verbunden. Diese metallischen Schichten 36 und 37 können durch Hartlöten mit einem aktivierten Hartlötmaterial, in dem eine aktive Metallkomponente enthalten ist, oder durch Metallisierung des Heizelementkörpers 2 durch Verdampfung einer aktiven Metallkomponente und anschließendes Hartlöten mit normalen Hartlötwerkstoffen gebildet werden. Das Hartlötmaterial kann ein beliebiges normales Hartlot auf der Basis von Ag oder Cu sein, und die aktive Metallkomponente kann zumindest eines von Ti, Zr und Hf enthalten. Zum Beispiel kann für die metallischen Schichten 36 und 37 ein aktiviertes Hartlot auf Cu-Basis, das 5 Gew.-% Si, 3 Gew.-% Pd, 2 Gew.-% Ti enthält und der Rest Cu ist, verwendet werden. Die metallischen Schichten 36 und 37 werden vorzugsweise durch Siebdruck gebildet, so dass sich die metallischen Schichten 36 und 37 an genauen Positionen auf der hinteren Abschlussflä che 2r des Heizelementkörpers 2 befinden können, während verhindert wird, dass sie sich über die äußere Umfangsfläche 2s des Heizelementkörpers 2 neigen.
In der Keramik-Metall-Verbindung gibt es einen großen Unterschied der Längenausdehnungskoeffizienten zwischen dem Heizelementkörper 2 und den metallischen Schichten 36 und 37. Infolgedessen unterliegt die Keramik-Metall-Verbindung zwischen dem Heizelementkörper 2 und den metallischen Schichten 36 und 37 der Einwirkung durch eine große thermische Beanspruchung, wenn die Verbindung abgekühlt wird, nachdem sie durch Hartlöten geformt wurde und wenn die Verbindung durch Einsatz der Glühkerze 50 zyklisch erwärmt und abgekühlt wird. Um eine solche thermische Beanspruchung aufzunehmen und die Haltbarkeit der Keramik-Metall-Verbindung zu erhöhen, können die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 Metallschichten 62 geringer Ausdehnung aufweisen, die zumindest in Teilen der hinteren Flächen derselben ausgebildet sind, so dass sie in radialer Richtung der Position zu den metallischen Schichten 36 und 37 entsprechen, während die vorderen Flächen derselben, wie in 3 gezeigt, jeweils in Kontakt mit den metallischen Schichten 36 und 37 gehalten werden. Der bequemen Produktion halber sind das erste Ausleitelement 26 und die Zuleitung 16 zu einem Stück eines Verbundwerkstoffes ausgebildet, das die Metallschicht 62 geringer Ausdehnung aufweist; und das zweite Ausleitelement 27 und die Zuleitung 17 sind zu einem Stück eines Verbundwerkstoffs ausgebildet, das die Metallschicht 62 geringer Ausdehnung in der ersten Ausführung aufweist.
Die Metallschichten 62 geringer Ausdehnung bestehen aus einem Metall, das einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als der von Hartlötmaterial für die metallischen Schichten 36 und 37 besitzt, um die Wirkungen einer begrenzenden wesentlichen Ausdehnung und Kontraktion der metallischen Schichten 36 und 37 und die Aufnahme der auf die Keramik-Metall-Verbindung zwischen dem Heizelementkörper 2 und den metallischen Schichten 36 und 37 aufgebrachten thermischen Beanspruchung zu erzeugen. Dies ermöglicht es, die Haltbarkeit der Keramik-Metall-Verbindung zu erhöhen. Spezieller kann die Metallschicht 62 geringer Ausdehnung aus einem Metall geringer Ausdehnung auf Basis von Fe hergestellt werden, das einen durchschnittlichen Längenausdehnungskoeffizienten besitzt, der kleiner als oder gleich 2,0·10^–6/°C bei 100 bis 200°C ist. Spezielle Beispiele eines solchen Metalls geringer Ausdehnung umfassen Fe-Legierungen (mit einem Fe-Gehalt von 40 Gew.-% oder mehr), die sehr kleine Ausdehnungsko effizienten unter dem so genannten Invar-Effekt besitzen. Der Invar-Effekt ist eine Erscheinung, bei der, wenn bei Raumtemperatur Ferromagnetismus (einschließlich Antiferromagnetismus) auftritt, um die Ausdehnung eines Materials zu bewirken, eine solche Ausdehnung Volumenänderung ausgleicht, die sich aus einer Gitterschwingung ergibt, so dass der Längenausdehnungskoeffizient des Materials klein gemacht wird. Die Fe-Legierung zeigt bemerkenswert einen solchen Effekt, wenn sie spezielle Gehalte von Ni, Co, Pd und/oder Pt als Legierungselemente enthält. Hinsichtlich einer Kostenreduzierung ist zumindest eines von Ni und Co enthalten. Ein weiteres Element (z. B. Cr, Si oder C) kann hinzugegeben werden, um mechanische Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Bearbeitbarkeit zu verbessern, solange die Legierung einen erforderlichen Längenausdehnungskoeffizienten erreicht. Die Legierung darf keinen niedrigen Längenausdehnungskoeffizienten zeigen, wenn die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 auf den höchsten Temperaturen (z. B. 700 bis 900°C) in einem Arbeitszustand liegen, besitzt jedoch immer einen sehr kleinen Längenausdehnungskoeffizienten bei einer Temperatur, die kleiner als oder gleich dem magnetischen Umwandlungspunkt derselben ist. Wenn die Legierung thermische Hysterese zeigt, können Verschiebungen der Metallschicht 62 geringer Ausdehnung zwischen ihrem Ausdehnungszustand und Kontraktionszustand kleiner gemacht werden. So ist die Verwendung einer solchen Legierung wirksam bei der Verhinderung von Reißen und der Trennung der Keramik-Metall-Verbindung, insbesondere wenn die Verbindung, nachdem sie durch Hartlöten gebildet wurde, abgekühlt wird. Um eine solche Wirkung zu erreichen, wird vorzugsweise eine Legierung mit höherem magnetischem Umwandlungspunkt (z. B. 60°C oder höher) verwendet. Als oben die erwähnte Legierung auf Basis von Fe dienen als Beispiel:

– Invar (enthält 36,5 Gew.-% Ni, mit dem Rest von Fe, α = 1,2·10^–6/°C; T = 232°C);
– Super Invar (enthält 32 Gew.-% Ni und 5 Gew.-% Co, mit dem Rest von Fe, α = 0,1· 10^–6/°C, Tc = 229°C);
– Kovar (Legierung enthält 29 Gew.-% Ni und 17 Gew.-% Co, mit dem Rest von Fe);
– Rostfreies Invar (enthält 54 Gew.-% Co und 9,5 Gew.-% Cr, mit dem Rest von Fe, α = 0,1·10^–6/°C, Tc = 117°C);
– Nobinit (als Handelsbezeichnung für Gusseisen, enthält 32 Gew.-% Ni, 5 Gew.-% Co, 2,4 Gew.-% C und 2 Gew.-% Si, mit dem Rest von Fe, α = 1,8·10^–6/°C, Tc = 300°C; und
– Legierung geringer Ausdehnung (abgekürzt als LEX-Legierung, enthält 36 Gew.-% Ni, 0,8 Gew.-% C und 0,6 Gew.-% Si, mit dem Rest von Fe, α = 1,9 ·10^–61°C, Tc = 250°C), wobei α ein durchschnittlicher Längenausdehnungskoeffizient in einem Temperaturbereich von 100 bis 200°C und Tc ein Curie-Punkt (d. h. ein magnetischer Umwandlungspunkt) ist.

Des Weiteren können die ersten und zweiten Ausleitelemente 26 und 27 Schichten 61 aus einem weichen Metall aufweisen, die zumindest in Teilen der Vorderflächen derselben ausgebildet sind, um mit den metallischen Schichten 36 und 37 in Kontakt gehalten zu werden wie es in 3 dargestellt ist. In der ersten Ausführung sind die Schichten 61 aus weichem Metall und die Metallschichten 62 geringer Ausdehnung miteinander plattiert, so dass sie in den ersten und zweiten Ausleitelementen 26 und 27 sowie den Zuleitungen 16 und 17 durchweg eine zweilagige plattierte Struktur einnehmen.
Die Schichten 61 aus weichem Metall sind aus einem Metall hergestellt, das weicher ist als das Metall für die Metallschichten 62 geringer Ausdehnung wie zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierung. Selbst wenn die metallischen Schichten 36 und 37 relativ zu dem Heizelementkörper 2 aufgrund einer Differenz der Längenausdehnungskoeffizienten zwischen ihnen verschoben sind, lassen sich die Schichten 61 aus weichem Metall plastisch verformen. Dies macht es möglich, die auf die Keramik-Metall-Verbindung ausgeübte thermische Beanspruchung aufzunehmen und dadurch die Trennung der metallischen Schichten 36 und 37 von dem Heizelementkörper 2 zu verhindern.
Mit Bezug wieder auf 1 ist die mittlere Elektrode 6 in der metallischen Ummantelung 4 angeordnet, wobei ein Keramikring 31 zwischen der inneren Umfangsfläche der metallischen Ummantelung 4 und der äußeren Umfangsfläche des hinteren Endabschnitts der mittleren Elektrode 6 eingelegt ist, wodurch eine elektrische Isolierung zwischen der metallischen Ummantelung 4 und der mittleren Elektrode 6 aufrechterhalten werden kann. Ein vorstehender Kopfabschnitt 31a ist auf der äußeren Umfangsfläche des Keramikrings 31 ausgebildet und wird durch einen abgestuften Abschnitt 4e der me tallischen Ummantelung 4 gehalten, so dass der Keramikring 31 nicht von der Vorderseite abrutscht. Des Weiteren ist eine Glasdichtungsschicht 32 so ausgebildet, dass sie den Keramikring 31 von der hinteren Seite festhält. Ein äußerer Umfangsabschnitt der mittleren Elektrode 6 (der schraffierte Abschnitt von 1), der sich mit dem Glasdichtungselement 32 in Kontakt befindet, wird z. B. durch Rändelung aufgeraut. Ein hinterer Endabschnitt der mittleren Elektrode 6 steht aus der metallischen Ummantelung 4 vor, und ein metallisches Anschlusselement 7 wird auf den vorstehenden Endabschnitt der mittleren Elektrode 6 aufgesetzt, wobei eine isolierende Durchführungshülse 8 durch eine hintere Abschlussfläche der metallischen Ummantelung 4 zurückgehalten wird, und anschließend an eine Batterie (nicht dargestellt) angeschlossen. Das Anschlusselement 7 ist durch Abdichtung an einem versiegelten Abschnitt 9 befestigt, um zwischen der mittleren Elektrode 6 und dem Anschlusselement 7 eine elektrische Verbindung herzustellen
Bei Anwendung der oben beschriebenen Glühkerze 50 auf einen Dieselmotor wird die Glühkerze 50 im Zylinderkopf des Motors durch den mit Gewinde versehenen Montageabschnitt 5 angebracht, so dass der vordere Endabschnitt (d. h. der erhitzende Endabschnitt) des Heizelementkörpers 2 z. B. in einer Wirbelkammer (die mit dem Brennraum des Motors verbunden ist) angeordnet wird. Wenn durch die mittlere Elektrode 6, die Zuleitung 17, das zweite Ausleitelement 27 und den Heizelementkörper 2, das erste Ausleitelement 26, die Zuleitung 16, die metallische Hülse 3, die metallische Ummantelung 4 sowie den Zylinderkopf (und anschließend an Masse) elektrischer Strom geführt wird, erzeugt der Heizwiderstand 11 des Heizelementkörpers 2 Wärme zur Anwärmung der Wirbelkammer.
Als Nächstes wird mit Bezug auf 5, 6A, 6B, 7 und 8 eine Glühkerze 51 nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführung ist im Aufbau der ersten Ausführung mit der Ausnahme ähnlich, dass das keramische Heizelement 1 geerdet ist, ohne durch die metallische Hülse 3 und die metallische Hülse 4 hindurch zu gehen, und dass Zuleitungen 116 und 117, jeweils von den ersten und zweiten Ausleitelementen 126 und 127 getrennt, ausgebildet sind.
In der zweiten Ausführung ist das keramische Heizelement 1 in der metallischen Hülse 3 angeordnet, wobei sowohl der vordere als auch der hintere Abschnitt desselben aus der metallischen Hülse 3 vorsteht. Die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 sind plattenförmig und werden an vorderen Flächen derselben mit der hinteren Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 über die metallischen Schichten 36 und 37 verbunden, so dass sie die freiliegenden hinteren Endabschnitte der elektrischen Leiter 12 bzw. 13 abdecken, jedoch nicht die äußere Umfangsfläche 2s des Heizelementkörpers 2 abdecken. Des Weiteren sind in der zweiten Ausführung die vorderen Endabschnitte 116a und 117a der Zuleitungen 116 und 117 gebogen und werden mit den hinteren Flächen der ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 z. B. durch Widerstandsschweißen verbunden, wie es in 6A dargestellt ist. Die übrig bleibenden Abschnitte der Zuleitungen 116 und 117 erstrecken sich in axialer Richtung zum hinteren Ende und werden an den hinteren Endabschnitten derselben mit den Anschlusselementen (in 5 nicht dargestellt), die an dem hinteren Endabschnitt der metallischen Ummantelung 4 eingesetzt sind, verbunden. Bei einem solchen Aufbau wird der Heizwiderstand 11 des Heizelementkörpers 2 durch die Anschlusselemente, die Zuleitungen 116 und 117 sowie die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 mit Strom versorgt und geerdet, während die darin befindliche metallische Ummantelung 4 das keramische Heizelement 1 in einem Zustand hält, bei dem es von der metallischen Ummantelung 4 isoliert ist. Die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 können aus einem plattierten Material hergestellt werden, das die Schicht 61 aus weichem Metall und die Schicht 62 aus Metall geringer Ausdehnung aufweist.
Spezieller sind die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 im Allgemeinen halbkreisförmig, was durch kreisförmige Kanten 126x und 127x sowie lineare Kanten 126y bzw. 127y gebildet wird. Die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 sind einander gegenüberliegend angeordnet, um zwischen den linearen Kanten 126y und 127y einen vorgegebenen Zwischenraum zu erzeugen. Die vorderen Endabschnitte 116a und 117b der Zuleitungen 116 und 117 sind an Seiten derselben mit den ersten und zweiten Ausleitelementen 126 und 127 verschweißt, so dass sich die vorderen Endabschnitte 116a und 117b senkrecht zu den linearen Kanten 126y und 127y befinden.
Hierbei kann nicht jedes der ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 mit hoher Festigkeit an den Heizelementkörper 2 hartgelötet werden, selbst wenn das aktivierte Hartlötmaterial verwendet wird. Wenn Teile der gebogenen vorderen Endabschnitte 116a und 117a der Zuleitungen 116 und 117 von den äußeren Kanten 126x und 126y der ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 vorstehen, verursachen die auf die Zuleitungen 116 und 117 ausgeübten Spannungen, dass die vorderen Endabschnitte 116a und 117a die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 stufenweise von dem Heizelementkörper 2 ablösen. Infolgedessen wird es wahrscheinlich, dass die ersten und zweiten Auslandelemente 126 und 127 von dem Heizelementkörper 2 getrennt werden. Um eine solche stufenweise Trennung zu vermeiden, werden die vorderen Endabschnitte 116a und 117a der Zuleitungen 116 und 117 vorzugsweise mit den ersten und zweiten Ausleitelementen 126 und 127 verbunden, so dass die vorderen Endabschnitte 116a und 117a völlig auf den hinteren Flächen der ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 angeordnet sind wie es in 6B dargestellt ist. Besser werden die vorderen Endabschnitte 116a und 117a der Zuleitungen 116 und 117 an Schweißstellen W jeweils mit den ersten und zweiten Ausleitelementen 126 und 127 verbunden, so dass sich die innenseitigen Biegungen der Zuleitungen 116 und 117 in kürzesten Abständen d von 0,3 oder mehr von den äußeren Kanten 126x und 127x der Ausleitelemente 126 und 127 befinden.
Alternativ dazu können die gebogenen vorderen Endabschnitte 116a und 117a der Zuleitungen 116 und 117 mit den ersten und zweiten Ausleitelementen 126 und 127 verbunden werden, so dass die vorderen Endabschnitte 116a und 117a normalerweise jeweils parallel mit den linearen Kanten 126y und 127y sind wie es in 7 dargestellt ist. Dies ermöglicht es, größere Verbindungsflächen zwischen der Zuleitung 160 und dem ersten Ausleitelement 126 sowie zwischen der Zuleitung 117 und dem zweiten Ausleitelement 127 zu gewährleisten, wodurch es möglich ist, die Festigkeiten der Verbindung dazwischen zu erhöhen.
Des Weiteren können die vorderen Endabschnitte 116a und 117a der Zuleitungen 116 und 117 verbunden werden, ohne gebogen zu werden. In diesem Fall sind die ersten Endabschnitte 116a und 117a der Zuleitungen 116 und 117 vorzugsweise mit den Mittelpunkten der ersten und zweiten Ausleitelemente 126 bzw. 127 verschweißt wie es in 8 gezeigt ist, so dass verhindert werden kann, dass sich die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 stufenweise von der hinteren Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 trennen.
Die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 können, z. B. durch Stanzen, zu einer einzelnen Platte gebildet werden. In diesem Fall werden die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 gleichzeitig mit dem Heizelementkörper 2 in einem Zustand verbunden, in dem sie als eine einzelne Platte zusammengehalten werden. Anschließend werden die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 voneinander getrennt, indem Verbindungsteile zwischen den ersten und zweiten Ausleitelementen 126 und 127 durch mechanische Mittel (wie Stanzen) entfernt werden. Dies ermöglicht es, die ersten und zweiten Ausleitelemente 126 und 127 genau in Bezug auf die hintere Abschlussfläche 2r des Heizelementkörpers 2 zu positionieren, wodurch es möglich ist, gute elektrische Verbindungen zwischen den Leitern 12 und 13 und den Ausleitelementen 126 und 127 sicher herzustellen und das Risiko eines Kurzschlusses bei Kontakt zwischen den ersten und zweiten Ausleitelementen 126 und 127 zu verringern. Solche Wirkungen werden ausgeprägt, wenn sich der Durchmesser des Heizelementkörpers 2 verringert.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf ihre speziellen Ausführungen beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt. Dem Fachmann werden sich verschiedene Modifizierungen und Änderungen der oben beschriebenen Ausführungen angesichts der oben genannten technischen Lehre erschließen. Der Umfang der Erfindung wird mit Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Keramisches Heizelement (1), das umfasst: einen stabförmigen Heizelementkörper (2), der ein isolierendes keramisches Substrat (14), einen Heizwiderstand (11), der in einen vorderen Endabschnitt des keramischen Substrats (14) eingebettet ist, und einen elektrischen Leiter (12; 13; 51; 52) aufweist, der in das keramische Substrat (14) eingebettet ist, wobei ein vorderer Endabschnitt desselben elektrisch mit dem Heizwiderstand (11) verbunden ist und ein hinterer Endabschnitt desselben an einer hinteren Abschlussfläche (2r) des Heizelementkörpers (2) freiliegt; und ein Ausleitelement (26; 27; 126; 127), das eine vordere Endfläche hat, die mit einem Teil der hinteren Endfläche (2r) des Heizelementkörpers (2) über eine metallische Schicht (36; 37) so verbunden ist, dass der freiliegende hintere Endabschnitt des elektrischen Leiters (12; 13; 51; 52) abgedeckt ist und eine Außenumfangsfläche (2s) des Heizelementkörpers (2) nicht abgedeckt ist.
Keramisches Heizelement (1) nach Anspruch 1, wobei die metallische Schicht (36, 37) aus einem Hartlötmaterial besteht.
Keramisches Heizelement (1) nach Anspruch 2, wobei das Ausleitelement (26; 27; 126; 127) zu einer Platte geformt ist und eine Schicht (62) aus Metall mit geringer Wärmeausdehnung wenigstens in einem Teil einer hinteren Fläche desselben aufweist, während die vordere Fläche des Ausleitelementes (26, 27; 126; 127) in Kontakt mit der metallischen Schicht (26; 27) gehalten wird, und die Schicht (62) aus Metall mit geringer Wärmeausdehnung aus einem Metall besteht, das einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als das Hartlötmaterial für die metallische Schicht (36; 37).
Keramisches Heizelement (1) nach Anspruch 3, wobei das Ausleitelement (26; 27; 126; 127) eine Schicht (61) aus weichem Metall wenigstens an der vorderen Fläche desselben aufweist, so dass die Schicht (62) aus Metall mit geringer Wärmeausdehnung und die Schicht (61) aus weichem Metall einander umhüllen und die Schicht (61) aus weichem Metall aus einem Metall besteht, das weicher ist als das Metall der Schicht (62) aus Metall mit geringer Wärmeausdehnung.
Keramisches Heizelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ausleitelement (26; 27) integral mit einer Leitung (16; 17) zum Leiten von elektrischem Strom durch das Ausleitelement (26; 27) ausgebildet ist.
Glühkerze (50, 51), die umfasst: ein keramisches Heizelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5; eine metallische Hülse (3), die den Heizelementkörper (2) am Umfang umgibt, wobei ein vorderer Endabschnitt des Heizelementkörpers (2) aus der metallischen Hülse (3) vorsteht; und eine metallische Ummantelung (4), die auf einen hinteren Endabschnitt der metallischen Hülse (3) aufgepasst ist und einen Anbringungsabschnitt (5) an einer Außenumfangsfläche zum Anbringen der Glühkerze (50; 150) in einem Zylinderkopf aufweist.
Glühkerze (50; 150) nach Anspruch 6, wobei der hintere Endabschnitt der metallischen Hülse (3) mit einem Abstand (G) zwischen einer Innenumfangsfläche des hinteren Endabschnitts der metallischen Hülse (3) und der Außenumfangsfläche (2s) des Heizelementkörpers (2) radial vorsteht.
Glühkerze nach Anspruch 7, wobei der Abstand (G) 0,1 mm oder größer ist.
Keramisches Heizelement (1), das umfasst: einen stabförmigen Heizelementkörper (2), der ein isolierendes keramisches Substrat (14), einen Heizwiderstand (11), der in einen vorderen Endabschnitt des keramischen Substrats (14) eingebettet ist und ein Paar aus einem ersten und einem zweiten elektrischen Leiter (12, 13; 51, 52) aufweist, die in das keramische Substrat (14) eingebettet sind, wobei vordere Endabschnitte derselben elektrisch mit dem Heizwiderstand (11) verbunden sind und hintere Endabschnitte derselben an einer hinteren Abschlussfläche (2r) des Heizelementkörpers (2) freiliegen; und ein erstes und ein zweites Ausleitelement (26, 27; 126, 127), die vordere Endflächen haben, die mit Teilen der hinteren Endfläche (2r) des Heizelementkörpers (2) über metallische Schichten (36, 37) so verbunden sind, dass die hinteren freiliegenden Endabschnitte des ersten und zweiten elektrischen Leiters (12, 13; 51, 52) abgedeckt sind und eine Außenumfangsfläche (2s) des Heizelementkörpers (2) nicht abgedeckt ist.
Keramisches Heizelement (1) nach Anspruch 9, wobei die metallischen Schichten (36, 37) aus einem Hartlötmaterial bestehen.
Keramisches Heizelement (1) nach Anspruch 10, wobei das erste und das zweite Ausleitelement (26, 27; 126, 127) zu Platten geformt sind und Schichten (62) aus Metall mit geringer Wärmeausdehnung wenigstens in Teilen hinterer Flächen derselben aufweisen, während die vorderen Flächen des ersten und des zweiten Ausleitelementes (26, 27; 126, 127) in Kontakt mit den metallischen Schichten (36, 37) gehalten werden und die Schichten (62) aus Metall mit geringer Wärmeausdehnung aus einem Metall bestehen, das einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als das Hartlötmetall für die metallischen Schichten (36, 37).
Keramisches Heizelement (1) nach Anspruch 11, wobei das erste und das zweite Ausleitelement (26, 27; 126, 127) Schichten (61) aus weichem Metall wenigstens an den vorderen Flächen derselben aufweisen, so dass die Schicht (62) aus Metall mit niedriger Wärmeausdehnung und die Schicht (61) aus weichem Metall einander umhüllen, und die Schichten (61) aus weichem Metall aus einem Metall bestehen, das weicher ist als das Metall der Schichten (62) aus Metall mit niedriger Wärmeausdehnung.
Keramisches Heizelement (1) nach Anspruch 9, wobei das erste und das zweite Ausleitelement (26, 27; 126, 127) in einem Stück ausgebildet werden und voneinander getrennt werden, nachdem sie mit der hinteren Abschlussfläche (2r) des Heizelementkörpers (2) verbunden worden sind.
Keramisches Heizelement (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das erste und das zweite Ausleitelement (26, 27) integral mit Leitungen (16, 17) zum Leiten von elektrischem Strom durch das erste und das zweite Ausleitelement (26, 27) ausgebildet sind.
Keramisches Heizelement (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das erste und das zweite Ausleitelement (26, 27; 126, 127) so angeordnet sind, dass ein Abstand von 0,1 mm oder mehr zwischen dem ersten und dem zweiten Ausleitelement (26, 27; 126, 127) geschaffen wird.
Glühkerze (50; 150), die umfasst: ein keramisches Heizelement nach einem der Ansprüche 9 bis 15; eine metallische Hülse (3), die den Heizelementkörper (2) am Umfang umgibt, wobei ein vorderer Endabschnitt des Heizelementkörpers (2) aus der metallischen Hülse (3) vorsteht; und eine metallische Ummantelung (4), die auf einen hinteren Endabschnitt der metallischen Hülse (3) aufgepasst ist und einen Anbringungsabschnitt (5) an einer Außenumfangsfläche derselben zum Anbringen der Glühkerze (50; 150) ein einem Zylinderkopf aufweist.
Glühkerze (50; 150) nach Anspruch 16, wobei der hintere Endabschnitt der metallischen Hülse (3) mit einem Abstand (G) zwischen einer Innenumfangsfläche des hinteren Endabschnitts der metallischen Hülse (3) und der Außenumfangsfläche (2s) des Heizelementkörpers radial vorsteht.
Glühkerze (50; 150) nach Anspruch 17, wobei der Abstand (G) 0,1 mm oder größer ist.