DE7130903U

DE7130903U - SPARK PLUG WITH ELETRICALLY HEATED INSULATOR BASE

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Publication number: DE7130903U
Application number: DE19717130903
Authority: DE
Original assignee: BERU-WERK A RUPRECHT
Current assignee: BERU-WERK A RUPRECHT
Priority date: 1971-08-12
Filing date: 1971-08-12
Publication date: 1972-04-27

Description

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zur Gebrauchsmusteranmeldungfor utility model registration

BERU-Werk Albert Ruprecht, Ludwigsburg, Wernerstr. 35BERU Albert Ruprecht plant, Ludwigsburg, Wernerstr. 35

Zündkerze mit elektrisch beheizte· IsolatorfußSpark plug with electrically heated · insulator base

Die Neuerung betrifft Zündkerzen und Zündelektroden, deren Isolatorfuß zwecks Vermeidung von Rußniederschlägen und daraus resultierenden Zündaussetzern elektrisch beheizbar ist»The innovation concerns spark plugs and ignition electrodes, their insulator base to avoid soot deposits and the resulting misfires can be heated electrically »

Solche Zündkerzen und Zündelektroden werden für verschiedene Zwecke verwendet. Ihre Konstruktion hat sich deshalb der jeweiligen Aufgabe und den Betriebsbedingungen anzupassen»Such spark plugs and ignition electrodes are used for different Purposes used. Their design must therefore adapt to the task at hand and the operating conditions »

Besteht diese Aufgabe z. B, darin, bei niedrigen Betriebstemperaturen mittels einer ständigen Funkenfolge eine durch zerstäubten Kraftstoff gespeiste und die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine erwärmende Flamme vor dem Erlöschen zu bewahren, so hängt die Gestaltung einer solchen Zündkerze bezw. Zündelektrode u. a. davon ab, ob der Isolatorfuß durch ein perforiertes Schutzrohr oder dergleichen geschützt werden kann, oder ob die Kerze, z. B. mittels eines Krümmers, in eine solche Lage gebracht wird, daßder in der Strömung liegende Isolatorfuß wenigstens stellenweise von der Flamme orwärmt wird.Is this task z. B, therein, at low operating temperatures by means of a constant spark sequence one fed by atomized fuel and the intake air one To keep the internal combustion engine warming flame from going out, the design of such a spark plug depends BEZW. Ignition electrode, etc. depends on whether the insulator base can be protected by a perforated protective tube or the like, or whether the candle, e.g. By means of a bend in such a position that the insulator foot lying in the flow is at least partially warmed up by the flame.

PAT/I/W II.8.I971PAT / I / W II.8.I971

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Wenn der Strömungswiderstand solcher Zündkerzen klein gehalten werden soll_t muß auf ein Schutzrohr, das um den im Luft- bezw. Gasstrom liegenden Isolatorfuß angeordnet ist_? verzichtet werden· Ein ungeschützter Isolatorfuß kühlt jedoch trotz der Flamme ab, und es ist deshalb eine ziemlich große elektrische Leistung erforderlich, um ihn auf der Freibrenn—If the flow resistance of such spark plugs should be kept small _t have a protective tube, which BEZW around in the air. Gas flow is arranged lying insulator base _? can be dispensed with · An unprotected insulator foot, however, cools down in spite of the flame, and therefore a fairly large amount of electrical power is required to burn it free.

i temperatur zu halten. ;i keep temperature. ;

Aufgabe der Neuerung ist es, den Stromverbrauch solcher Zündkerzen und Zundelektroden zu senken, und trotzdem genügend hohe Temperaturen zu erreichen, um Verrußung und Zündaussetzer zuThe task of the innovation is to measure the power consumption of such spark plugs and to lower ignition electrodes, and still sufficiently high Temperatures to reach sooting and misfiring

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß es erforderlich ist, die Wärmeabfuhr vom beheizten Isolatorfuß zu verringern, und gemäß der Neuerung sind für diesen Zweck folgende konstruktive Maßnahmen vorgesehen, von denen vorzugsweise mehrere gleichzeitig angewendet werden, damit sich ihre Wirkungen ergänzen«To solve this problem, it is assumed that it is necessary to remove the heat from the heated insulator base to reduce, and according to the innovation, the following constructive measures are provided for this purpose, of which preferably several can be used at the same time so that their effects complement each other «

a) die Mittelelektrode liegt mit Zwischenraum in der Bohrung des Isolators und ist mit ihm erst etwa in Höhe von dessen eingebördelter Schulter mittels einer Einkittung, eines Gewindes oder beidem wärmeleitend verbunden.a) the center electrode lies with a gap in the bore of the insulator and is only approximately at the same level with it crimped shoulder connected in a thermally conductive manner by means of cement, a thread or both.

- Blatt 3 -- sheet 3 -

- Blatt 3 -- sheet 3 -

b) die Mittelelektrode hat bis zur Einkitt~ oder Einschraubstelle einen erheblich kleineren Querschnitt als die Isolatorbohrung·b) the center electrode has ~ up to the putty or screw-in point a considerably smaller cross-section than the insulator bore

c) die für den Wärmeüberg&üg vom Isolator auf" den Ks??.snstahlkörper vorhandenen Berührungssteilen befinden sich entweder nur im oberen Teil des Kerzenstahlkörpers (Fig· 2), oder, sofern auch in dessen mittleren Teil eine Auflage vorgesehen ist (Fig. l), so ist diese Flächenberührung in Form einer Ringwulst sehr klein gehalten*c) for the heat transfer from the insulator to "the Ks ??. sn steel body existing contact parts are either only in the upper part of the candle steel body (Fig. 2), or, if a support is also provided in its central part (Fig. 1), this surface contact is in shape an annular bead kept very small *

d) der Isolator steht erst im oberen Teil des Kerzenstahlkörpers mit diesem in wärmeleitender Berührung und zwischen der Berühningssteile und dem oberen Ende der auf den Is o— lätorfuß dicht uufgevi.okel*fin Heizdrahtwendel ist ein längerer Wäraeweg vorgeseisn, der etwa das 0,7 bis 2-fache des Durchmessers des Isolatorfußes beträgt (Fig. 2)·d) the insulator is only in the upper part of the candle steel body in thermally conductive contact with and between the Berühningssteile and the upper end of the Is o- lätorfuß dens uufgevi.okel * fin heating wire coil is a Longer Wäraeweg predicted, which is about 0.7 to 2 times of the diameter of the insulator foot is (Fig. 2)

e) der Isolatorfuß ragt mit seinem unbewickelten vorderen Teil nur so weit aus dem Kerzenstahlkörper hervor, wie zur sicheren Verhütung von elektrischen Überschlägen erforderlich ist, und die Heiztfrahtwendel ist in den Kerzenstahlkörper zurückgezogen (FdLg* 2),e) the front part of the insulator protrudes only as far from the candle steel body as is required for the safe prevention of electric flashovers, and the Heiztfrahtwendel is in the candle steel body withdrawn (FdLg * 2),

Weitere Merkmale der Neuerung werden im speziellen Beschreibungsteil erläutert*Further features of the innovation are given in the special description section explained *

Die Neuerung ist ±n der Zeichnung anhand zweier Beispiele dargestellt·The innovation is ± n the drawing using two examples shown

- Blatt k -- sheet k -

Es zeigen:Show it:

Pig· I einen Längsschnitt durch eine Zündelektrode, deren Isolator mittels einer oberen und einer unteren Bundflüche im Kerzenstahlkörper befestigt ist, und deren Isolatorfuß weit aus dem Stahlkörper frei herausragt.Pig · I a longitudinal section through an ignition electrode, whose Insulator is fastened by means of an upper and a lower collar flange in the candle steel body, and its insulator base protrudes freely from the steel body.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Zündelektrode, bei welcher der VKrineübergang vom Isolator auf den Kerzenstahlkörper im oberen Teil des Stahlkörpers erfolgt, und der aus dem Kerzenstahlkörper herausragende Teil des Isolatorfußes kurz iso.Fig. 2 is a longitudinal section through an ignition electrode, at which is the VKrine transition from the insulator to the candle steel body takes place in the upper part of the steel body, and the part of the insulator base protruding from the candle steel body short iso.

In beiden Beispielen sind übereinstimmende Teile durch gleicheIn both examples, corresponding parts are represented by the same

1 Bezugszeichen gekennzeichnet.1 reference number.

Im Falle der Fig. 1 ist die Mittelelektrode 1 mittels eines Gewindes 2 in den keramischen Isolator 3 auf Anschlag gegen einen Bund k eingeschraubt. Der Isolator 3 trägt Auf seinem Fuße 5 eine bifilar aufgov.ickelte Heizdrahtwendel 6, deren eines Ende 7 zur Stromversorgung mit einem am Isolator 3 mittels einer Manschette 8 befestigten Flachstecker 8 elektrisch leitend verbunden ist, während ihr anderes Ende $ an ein Bördel 10 des Kerzenstahlkörpers 11 angeschweißt ist, welcher mittels eines Getrindes 12 -z_m B, in einen Stutzen des Ansauf^robres einer Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeichnet) eingeschraubt wird und an Fahrzeugmasse lief^fc. Die WindungenIn the case of FIG. 1, the center electrode 1 is screwed into the ceramic insulator 3 by means of a thread 2 against a collar k. The insulator 3 carries on its foot 5 is a bifilar aufgov.ickelte heating coil 6, one end of which 7 is connected to the power line with a fixed to the insulator 3 by means of a collar 8 flat plug 8 is electrically conductive, while the other end $ to a flange 10 of the plug steel body 11 is welded on, which is screwed by means of a beverage 12 -z _m B, into a socket of the Aufauf ^ robres of an internal combustion engine (not shown) and ran ^ fc on vehicle ground. The turns

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j 713090327.4.72j 713090327.4.72

- BIa fat 5 -- BIa fat 5 -

der bifilar aufgewickelten Ileizdrahtwendel 6 liegen in einer auf dem keramischen Isolator 3 haftenden Isolierschicht 13, und bei Stromdurchfluß bringen sie den aus dem Kerzenstahlkörper 11 herausragenden Isolatorfuß 5 auf eine so hohe Temperatur, daß sich dieser auch an seinem zwecks Vermeidung elektrischer Überschläge unbewickelten vorderen Teil I^ freibrennt, d. h. frei von rußigen Niederschlagen bleibt. Auf den Anschlußbolzen 15 der Mittelelektrode 1 wird ein den gerippten Schaft l6 des Isolators 3 übergreifender Funkentstörstecker aufgesetzt, dor über ein Zündkabel mit einer durch einen Summer gesteuerten Zündspule oder einem sonstigen Zündgenerator verbunden ist (nicht gezeichnet), und die gelieferten Spannungsinipulse entladen sich in der zwischen der Mittelcloktrode 1 und der Masseelektrode 17 liegenden Funkenstrecke 18. Sofern die Masseelektrode 1" durch cic-,3 Ansaugrohr selbst gebildet wird oder durch einen mit dem Ansaugrohr verbundenen Stift, spricht man von einer Zündelektrode, sofern eine mit dem Kerzen· stahlkörper verbundene Masseelektrode 17' vorgesehen ist, so handelt e3 sich um eine Zündkerze,the bifilar wound wire coil 6 lie in an insulating layer 13 adhering to the ceramic insulator 3, and when current flows through, they bring the insulator base 5 protruding from the candle steel body 11 to such a high temperature that it is also at its front part I, which is not wound to avoid electrical flashovers ^ burns free, ie remains free of sooty deposits. On the connecting bolt 15 of the center electrode 1, a radio interference suppression plug is placed over the ribbed shaft l6 of the insulator 3, which is connected via an ignition cable to an ignition coil controlled by a buzzer or another ignition generator (not shown), and the voltage pulses delivered are discharged in the Spark gap 18 lying between the central cloctrode 1 and the ground electrode 17. If the ground electrode 1 ″ is formed by the cic, 3 suction pipe itself or by a pin connected to the suction pipe, one speaks of an ignition electrode if a ground electrode is connected to the steel body of the candle 17 'is provided, e3 is a spark plug,

Falls erforderlich, kann auch die Stromzuflihrungsleitung der HeizwendelSdiiz'ch einen in unmittelbarer Nähe des Flachsteckers £ angeordneten Funkentstörkondensator entstört werden (nicht gezeichnet) .If necessary, the power supply line of the HeizwendelSdiiz'ch one in the immediate vicinity of the flat plug £ arranged radio interference suppression capacitor are suppressed (not shown) .

Um den Stromverbrauch, der zur Erhitzung dos Isolatorfußes 5 über die Freibrennteinperatur erforderlich iet, gering zu halter Iet to the power consumption, the dos for heating the insulator nose 5 required on the Freibrennteinperatur to low halter

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- Blatt 6 -- sheet 6 -

4 C4 C

liegt die Mittelelektrode 1 mit Zwischenraum 19 in der Bohrung 20 des Isolators 3 und ist mit ihm erst etwa in Höhe der eingebördelten Schulter 21 oder noch höher mittels einer Einkittung 22 und des Gewindes 2 wärmeleitend verbunden,, Außerdem hat die Mittelelektrode 1 bis zur Einkittung 22 hin einen erheblich kleineren Querschnitt als die Isolatorbohrung 20. Diese Querschnittsverkleinerung wird entweder durch eine tiefe Bohrung 23 erhalten, wie in der rechten Zeichnrngshälfte dargestellt, oder durch starke Verkleinerung des Elektrodendurchmessers, wie in der linken Zeichnungshälfte gezeigt. Bei der letzteren Ausführung ist die Gefahr, daß die Mittelelektrode 1 die Isolatorbohrung 20 berührt, geringer; es empfiehlt sich jedoch, zur Zentrierung einen kleinen Bund 2h vorzusehen.the center electrode 1 lies with a gap 19 in the bore 20 of the insulator 3 and is only connected to it in a thermally conductive manner approximately at the level of the crimped shoulder 21 or even higher by means of cementing 22 and the thread 2 a considerably smaller cross-section than the insulator bore 20. This cross-sectional reduction is obtained either by a deep bore 23, as shown in the right-hand half of the drawing, or by greatly reducing the electrode diameter, as shown in the left-hand half of the drawing. In the latter embodiment, the risk that the center electrode 1 touches the insulator bore 20 is lower; however, it is advisable to use a small collar 2h for centering.

Durch die beschriebene Ausbildung und Anordnung der Mittel*· elektrode 1 wird verhindert, daß diese einen erheblichen Teil der von der Heizwendel 6 erzeugten Wärme aufnimmt„ sie nach kälteren Stellen der Kerze hinleitet, dadurch den Isolatorfuß entsprechend abkühlt und ihn leichter der Gefahr der Verrußung aussetzt.Through the described design and arrangement of the means * Electrode 1 is prevented from absorbing a considerable part of the heat generated by the heating coil 6 cooler parts of the candle, thereby cooling the insulator base accordingly and reducing the risk of sooting suspends.

Um auch die Wärmeverluste zu verringern, die durch den Wärmeübergang vom Isolatorfuß 3 auf den Kerzenstahlkörper 11 entstehen, ist letzterer in seinem mittleren Teil mit einer Ringwulst 25 versehen, in welche zwecks weiterer Verkleinerung der Flächenberührung noch Auskerbungen 26 eingedrückt sein können«In order to also reduce the heat losses caused by the heat transfer from the insulator base 3 to the candle steel body 11, the latter is provided in its central part with an annular bead 25, in which for the purpose of further reducing the Surface contact still notches 26 can be impressed «

- Blatt 7 -- sheet 7 -

- Blat⁴- 7 -- Sheet ⁴ - 7 -

Der Isolator 3 liegt mit einem unteren Bund 27 auf der Ringwulst 25 auf und ist im Stahlkörper 11 mittels des Bördeis und einem auf die Schulter 21 des oberen Bundes 28 drückenden Ringes 29 befestigt. Zwecks Verringerung des Volumens e'er Bundpsrtie und Verkleinerung des wärmeleitenden Querschnitte ist zwischen den Bunien 27 und 28 eine ringförmige Auskehlung 30 vorgss eben,The insulator 3 lies with a lower collar 27 on the annular bead 25 and is in the steel body 11 by means of the Bördeis and one pressing on the shoulder 21 of the upper collar 28 Ring 29 attached. In order to reduce the volume of the bundle and reduction of the thermally conductive cross-section an annular groove 30 between the bunias 27 and 28 vorgss just,

Die beschriebene Gestaltung des Kerzanstahlkörpers =S» und des Isolators 3 vex'hindera, daß ein beträchtlicher Teil der am Isolatorfuß 5 anfallenden ¥ärme - wie bei Zündkerzen sonst üblich — auf kurzem Wege auf den durch das Einschraubgewinde und den Dichtring 31 gekühlten Kerzcnstahlkürpe.r 11 übergeht •and dadurch das Temperaturniveau am Isolatorfuß senkt, sondern den Umweg über den Ring 29 und das Bördel 10 machen muß.The described design of the candle steel body = S »and des Isolator 3 vex'hindera that a considerable part of the am Insulator foot 5 accruing arms - as otherwise with spark plugs usual - by a short distance through the screw-in thread and the sealing ring 31 cooled Kerzcnstahlkürpe.r 11 passes over • and thereby lowers the temperature level at the insulator base, but must make the detour via the ring 29 and the flange 10.

Um den Isolatorfuß 5 zwecks Verringerung seiner Abkühlung durch die Gasströmung nur so weit aus dem Kerzenstahlkörper herausragen zu lassen, wie zur sicheren Verhütung von elektrischen Überschlagen erforderlich ist, und um die Wärmeabfuhr vom Isolator zum Kerzenstahlkörper ebenfalls möglichst klein zu halten, ist der Isolator 3 im Bgispiol der Fig. 2 mittels eines im oberen Teil des Kerzenstahlkörpers 11 angeordneten konischen Bundes 32 und des Bördeis 10 unter Zwischenluge des auf die Isolatorschulter 21 drückenden Ringes I "> eingefaßt, und zwischen der Berühruncssteile 33 un<2 ^d©^m oberen Endo 3^ der auf den Isolatorfuß 5 dicht aufgewickelten Heiz-In order to allow the insulator foot 5 to protrude from the plug steel body only as far as is necessary to reliably prevent electrical flashovers in order to reduce its cooling due to the gas flow, and to also keep the heat dissipation from the insulator to the plug steel body as small as possible, the insulator 3 is in Example of Fig. 2 by means of a conical collar 32 arranged in the upper part of the candle steel body 11 and the flange 10 with the interleave of the ring I "> pressing on the isolator shoulder 21, and between the contact parts 33 and 2 ^d © ^m upper endo 3 ^ the heating element wound tightly on the insulator base 5

- Blatt 8 -- sheet 8 -

- Blatt 8- sheet 8

drahtwendel ο ist ein längerer Wärmeweg i vorgesehen, der etwa das 0,7 W.s 2-fache des Durchmessers des I~olatoriußes beträgt_a Je dichter die Heizdrahtwendel ο gewickelt ist, desto größer ist die Wärmeiconzentration an: Jsolatorfuß 51 und desto länger kann der die Wärmevarluste verringernde Wärnieweg dt gemacht werden, eine umso höhere Temperatur wird am bewickelten Teil des Isolatorfußes erreicht, und umso geringer ist die Gefahr, daß der vordere, unbewickelte Teil lh unter die Freibrenutemperatur abfällt. Die konische Berührungsfläche 33 zwischen dem Bund 32 und dem Kerzenstahlkörper· 11 kam durch eine Auskehlung 35 verkleinert werden (nur auf der rechten Zeichnungshalfte dargestellt)·wire coil ο i is provided an extended heat path, which is about 0.7 Ws 2 times the diameter of the I ~ olatoriußes is _a denser the heating wire is wound ο, the greater the Wärmeiconzentration is to: Jsolatorfuß 51 and the longer is the Wärmevarluste reducing Wärnieweg be made dt, an even higher temperature is reached the insulator nose at the wound part, and the lower the risk that the front, not wrapped part lh drops below the Freibrenutemperatur. The conical contact surface 33 between the collar 32 and the candle steel body 11 could be reduced by a groove 35 (only shown on the right half of the drawing)

Die Mittelelektrode 1 bestellt ir.: Falle der Fig» 2 aus einem Stift 36 von wesentlich kleinerem Querschnitt als die Bohrung 2D, der in einem Anschlußbolzen 37 verzapft und durch einen oder zwei Schweißpunkte 38 mit diesem verbunden ist_e Der Anschlußbolzen 37 ist in den Isolator 3 t_d etwa in Höhe der eingebördelten Schulter 21 eingeschraubt und durch eine Einkittung gesichert» Da der Isolatorfuß 5 nur weni^ aus dem Kerzenstahllrörper herausragt, ist der Strömungswiderstand geringer als beim Beispiel der Fig· 1» Im übrigen Auf u stinc;en die beiden Beispiele überein·The center electrode 1 ordered ir .: case of Figure "2 of a pin 36 of much smaller cross-section than the bore 2D, which is journalled in a terminal stud 37 and connected by one or two spot welds 38 with this _e The terminal bolt 37 is in the insulator 3 t_d screwed in approximately at the level of the beaded shoulder 21 and secured by cementing. Since the insulator base 5 protrudes only a little from the candle steel body, the flow resistance is lower than in the example in FIG. 1. The rest of the two examples match

Claims

Protection claims A

1 «spark plug or ignition electrode, their insulator base for the purpose of Avoidance of soot deposits can be heated electrically, characterized by several or one of the following features:

a) the Mivtelelectrode (l) lies with the space (19) in the Bore (20) of the insulator (3) and is only about with this at the level of its curled shoulder (2l) by means of a Putty (22), a thread (2) or both connected in a thermally conductive manner

t) the Mittelelek-crode (l) has up to Einkitt- or. Screw-in slle (22 and 2) have a considerably smaller cross-section than the insulator bore v ^ O)

c) for the heat transfer from the insulator (3) to the candle steel body (ll) existing contact parts (33 »2l) either only in the upper part of the steel candle body (II) (Fig. 2), or, if also in its middle If part of a support is provided (Pig · 1), this surface contact in the form of an annular bead (25) is very small held

PAT / I / V - sheet 2 -

II.8.I97I

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d) d> x insulator (?) is only in the upper part of the candle steel body (il) in heat-conducting contact with it and between the contact atelle (33) and the other end (34) the heating urahtwendex (5) tightly wound onto the insulator base (5) ) a longer heat path (1) is provided, de / about 0.7 to 2 times the diameter of the Isclatorfußes (5) (Fig. 2).,

e) the laolatorfuß rag ⁺ , with its unwound front part (Ik) only protrudes from the candle steel body (11) as far as is necessary to reliably prevent electrical flashovers, and the heating wire coil (6) is withdrawn into the dye steel body (ll) (Fig. 1. )

2. Spark plug respectively. Ignition electrode according to claim 1 (c), characterized characterized in that the annular bead (25) has notches (26) having.

3. Spark plug respectively. Ignition electrode according to claim 1 (c), characterized characterized in that the conical contact point (33) has a recess (35).

* K spark plug according to claim 1 (c), characterized in that that the insulator (3) two by an annular groove (30) has separate collars (27 and 28).