DE8705865U1

DE8705865U1 - Glühkerze

Info

Publication number: DE8705865U1
Application number: DE8705865U
Authority: DE
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1987-04-22
Filing date: 1987-04-22
Publication date: 1987-09-17
Also published as: DE3713532A1; DE3713532C2

Description

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GLÜHKERZE

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs*

Die Erfindung befaßt sich mit einer Glühkerze, und spezifischer, mit einer Glühstiftkerze, Welche mit einem Stromregelmechanismus versehen ist und ein Heizelement innerhalb eines Metallrohres enthält,um die Vörheizzeit der Glühkerze deutlich zu reduzieren, die für eine Brennkraftmaschine, speziell einen Dieselmotor, verwendet wird, um ein rasche Aufheizung zu gewährleisten*

Ein Beispiel für eine Glühkerze, welche den Vorheizstrom steuert, sind in der US-PS 4,556,781 und der entsprechenden DE-PS 28 02 625 beschrieben* Bei der dort beschriebenen Glühkerze ist das eine Ende eines Heizelements mit dem abgeschlossenen Ende eines Metällrohres verbunden, und ein Steuerwiderständselement, das einen hohen positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten aufweist, ist mit dem anderen Ende des Heizelements verbunden, um den hierdurch fließenden Strom zu steuern. Das Heizelement und das Steuerwiderstandselement sind in Reihe«zueinander geschaltet und in Isolationspulver innerhalb des Metallrohres gepackt. Eine weitere Besonderheit besteht darin, daß der positive Temperaturkoeffizient (PTC) des Steuerwiderstandselements größer ist als der positive Temperaturkoeffizient (PTC) des Heizelements.

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Bezüglich dieser herkömmlichen Glühkerze wird behauptet/ daß aufgrund; des Ümstarids, daß das Steüerwiderstandseiement feinen höhen positiven Temperätürköeffiziönten aufweist/ und - \nicht ^hauptsächlich idüifeh SelbsterhitzUng/ sondern hauptsächlich durch "Rückkopplungswärmeieitung" von dem durch das Heizelement erhitzten Glühstift erhitzt Wird/ der durch das Heizelement fließende Strom derart gesteuert werden kann/ daß die maximale Temperatur auf einen Wert von nicht über 1200⁰C geregelt Werden kann. Es bestand jedoch ein erhebliches Bedürfnis nach einer weiteren Verringerung der Vorheizzeit für das Heizelement, d.h., die Schnellaufheizcharakteristiken dieser bekannten Glühkerze erwiesen sich als hoch nicht befriedigend.

Eine weitere bekannte Glühkerze ist in der japanischen Gebrauchsmusterveröf feritlichung Nr. 57-183465 beschrieben. Bei dieser Glühkerze ist das Heizelement aus elektronenleitendem Keramik, wie SiC, gefertigt, das einen negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) aufweist, und ein Steuerwiderstandselement aus Keramik mit positivem Temperaturkoeffizienten ist mit dem vorgenannten Heizelement in gleicher Weise in Reihe geschaltet. Bei dieser bekannten Glühkerze bestehen jedoch dahingehend Nachteile, daß es schwierig ist, beide Keramiken in einer vibrationsbeständigen Weise miteinander zu verbinden, und daß darüberhinaus eine relativ komplizierte maschinelle Bearbeitung notwendig ist, welche die Produktivität herabsetzt.

QQ Im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Probleme ist es vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glühkerze zu schaffen, welche verbesserte Schnellheizcharakteristiken aufweist und einfach herzustellen ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Glühkerze nach dem Hauptanspruch gelöst. Bevorzugte

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Weiterbildüfigen dieser Glühkerze sind in den Ünterarisprüchen beschrieben.

i der vorliegenden Erfindung wird einesWendel aus Metall mit einem negativen Temperatürkoeffizienten (NTG) für das Heizelement in der Glühstiftkerze verwendet< Da der Vorheizstrom/ welcher durch das Heizelement fließt/ weiter erhöht werden kann/ nachdem das Heizelement den vorstehend erwähnten negativen Temperaturkoeffizienten im Vergleich zu dem herkömmlichen Heizelement mit einem positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, gelingt es auf der einen Seite/ die Vorheizzeit zu verringern und auf diese Weise die Schnellheizcharakteristiken zu verbesseren, und auf der anderen Seite, die Massenherstellung der Glühkerze zu 15 verbessern*

j Die, wie vorstehend beschrieben, konstruierte ! erfindungsgemäße Glühkerze erlaubt eine Verringerung der S Vorheizzeit, da eine Wendel aus einem Metall mit einem f, 20 negativen Temperaturkoeffizienten für den Wärmeerzeuger verwendet ist; dies ermöglicht eine rasche Aufheizung; aus diesem Grunde können auch die Startcharakteristiken des Motors verbessert werden. Des weiteren läßt sich die Wendel, aufgrund der Ausbildung des Heizelements aus Metall, leicht herstellen und mit dem Metallrohr sowie mit der Steuerwiderstandswendel verschweißen, was bezüglich der Herstellung der Glühkerze besonders vorteilhaft ist.

Bei der herkömmlichen Glühkerze, wie sie in der f30 UStPS 4,556,781 beschrieben ist, besteht das Heizelement»aus einem Metall, das einen positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten aufweist, obwohl dieser klein ist. Dies reicht jedoch nicht aus, um die raschmöglichste Aufheizung des Heizelements sicherzustellen. Darüberhinaus wurde in Betracht gezogen, daß die Anwendung des positiven

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Temperäfcurköeff-izientetl (PTd) äüo^;h dann/ wenn dieser niedrig ist/; notwendig sei/ Um: die¹ Temperatur der nietäiieneu Heizwehdei zu steuefni

Im Gegensatz zu der vorgenannten ÜS-PS 4/556,781 wäre es bei der in der japanischen Gebrauchsmusterveroffentlichung Nr. 57-^183465 beschriebenen Konstruktion möglich/ ein Heizelement mit einem negativen Temperatüfköeff iziienten (NTC) zu Verwenden, da die SiC-Keramiksn einen höhen thermischen Widerstand aufweisen, und auf diese Weise keine Gefahr besteht, daß aufgrund der Überhitzung ein Abschmelzen eintritt.

Es zeigte sich überraschenderweise bei der vorliegenden Erfindung, daß selbst dann, wenn die metallene Heizwendel einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, noch eine wirksame Regelung möglich ist, und daß- sich darüberhinaus eine bemerkenswert verbesserte Heizgeschwindigkeit ergibt.

Eine weitere Verbesserung der Aufheizgeschwindigkeit gegenüber einer Anordnung, wie sie in der US-PS 4,556,781 beschrieben ist, war aufgrund der oben erwähnten Gründe als äußerst schwierig erachtet worden.

Die vorliegende Erfindung ist primär für Glühstiftkerzen konzipiert, die bei Vorverbrennungskammer- (Vorkammer oder Wirbelkammer) Dieselmotoren zum Einsatz kommt. Die Anordnung eines Glühstifts gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch bei einer Flammglühkerze eingesetzt werden, indem man dort den mit einem positiven ÄTemperatürköeffizienteri' versehenen Gimhstift "'durclv die erfindungsgemäße Glühstiftanordnung ersetzt.

Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den wesentlichen Bereich von einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glühkerze.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Wärmeerzeugungscharakteristiken der erfindungsgemäßen Glühkerze mit der Glühkerze nach dem Stand der Technik verglichen sind.

Im folgenden soll ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform dieser Glühkerze. In der Zeichnung bedeutet die Bezugsziffer 1 ein hitzebeständiges, korrosionsfestes Metallrohr, das beispielsweise aus Edelstahl gefertigt ist. Mit der Bezugsziffer 2 ist eine Heizwendel bezeichnet, die einen negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten (NTC) aufweist, und aus einer Eissn-Chrom-Aluminium-Titan-Legierung (Cr: 28 Gew.-%; Al: 18 Gew.-%; Ti: 0,5 Gew.-%; Fe: Rest) beispielsweise besteht. Das Reduktionsverhältnis des Widerstandswerts von dieser Legierung mit negativem Temperaturkoeffizienten beträgt 6 % zwischen 0 und 1000⁰C, welches vorzugsweise zumindest 3 %, und noch bevorzugterweise zumindest 5 % betragen sollte. Ein Ende des Drahtes aus dieser Legierung ist an das abgeschlossene Ende des Metallrohres 1 angeschweißt, während das andere Ende desselben elektrisch durch eine mit A bezeichnete Schweißstelle in Reihe mit einer Kontrollwiderstandswendel 3 verbunden ist. Diese

gO Kontrollwiderstandswendel 3 wird von einer Legierung gebildet, die einen hohen positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten (PTC) aufweist. Als Beispiel für das Material dieser Widerstandsspule 3 sfien reines Nickel, Nickellegierungen, reines Eisen, Eisenlegierungen usw.

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zwischen O und 100O⁰C von vorzugsweise einem Faktor von zumindest 4, noch bevorzugter einem Faktor von mindestens 5 oder darüber aufweist. Mit der Bezugsziffer 4 ist ein Mittelstab bezeichnet, der elektrisch mit dem anderen Ende der Widerstandswendel 3 verbunden ist. Die Heizwendel 2, die Widerstandswendel 3 und der Mittelstab 4 sind im Inneren des Metallrohres 1 über ein elektrisch isolierendes Pulver 5, wie MgO, mit guter Wärmeleitfähigkeit, gepackt oder eingebettet. Mit der Bezugsziffer 6 ist ein Metallgehäuse bezeichnet, das mit einem Halterungsgewindebereich ausgebildet ist, welche der Halterung der Glühkerze an dem Motor dient. Das Metallrohr 1 ist mittels eines Silberlotmaterials 7 an die innere Oberfläche eines hohlen Bereichs 6a derart befestigt, so daß das Metallrohr von der Endfläche 6b des zylindrischen Bereichs des Gehäuses 6 absteht. Die Bezugsziffer 8 kennzeichnet einen flexiblen Isolationskörper, der eine luftdichte Abdichtung oder Isolierung des Endes des Metallgehäuses gegenüber dem Mittelstab 4 bewirkt. Mit der Bezugsziffer 9 ist eine Isolierplatte bezeichnet, mit der Bezugsziffer i0 eine Mutter zur Festlegung der Isolierplatte 9, und mit 11 eine Anschlußmutter zur Fixierung eines Kabelgeschirrs. Des weiteren sind die Heizwendel 2 und die Widerstandswendel 3 miteinander direkt verschweißt oder indirekt über ein dazwischen eingebrachtes Metall.

Die Heizcharakteristiken der erfindungsgemäßen Glühkerze werden im folgenden beschrieben.

Figur 2 zeigt die Heizcharakteristiken der erfindungsgemäßen Glühkerze im Vergleich mit der Glühkerze nach dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäße Glühkerze enthält eine Heizwendel aus einer Fe-Cr (28 %) - Al (8 %) - Ti (0,5 %) -Legierung mit einem negativen Temperaturkoeffizienten NTC

3ß/ , mit 0,75irbei-20°C Und 0,71Jl bei 1000⁰C (DrahtdurchmeSser &igr;

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0,3 mm; Anzahl der wirksamen Windungen: 5; Windungsaußendurchmesser: 2,7 mm) und einer Widerstandswendel aus Fe (Drahtdurchmesser: 0,3 mm; Anzahl der wirksamen Windungen: 21; Windungsaußendurchmesser: 2,7 mm). Die zu Vergleichszwecken verwendete Glühkerze nach dem Stand der Technik enthält eine Heizspule aus einer Fe-Cr (22 %) - Al (5,5 %)-Legierung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten PTC, der einen Wert von 0,65 il bei 20⁰C und 0,68Jl bei 1000⁰C aufweist (Zunahmeverhältnis von 0 bis 1000⁰C: 4,6 %) (Drahtdurchmesser: 0,3 mm; Anzahl der wirksamen Windungen: 5; Windungsaußendurchmesser: 2,7 mm) und eine Widerstandswendel, welche die gleiche ist wie bei der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt, daß die erfindungsgemäße Glühkerze eine hervorragende Haltbarkeit aufweist, da der Strom in einem derartigen Maße anwächst, daß er dem negativen Tempelaturkoeffizienten der Heizspule entspricht, so daß die Vorheizzeit im Ve.-gleich zu der Glühkerze nach dem Stand der Technik verringert werden kann, und daher die maximale Temperatur auf einen Wert unter 1100⁰C regelbar ist durch eine entsprechende Schnellaufheizung der Steuerwiderstandswendel aufgrund der genannten Stromzunahme während des Anfangszustands, ohne daß es zu einem Schmelzen kommt.

Es ist nämlich so, daß der erhöhte Stromfluß im Anfangszustand, der sich aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten der Heizspule ergibt, zu einer raschen Temperaturerhöhung der Steuerwiderstandswendel QQ dient, so daß eine Überhitzung der Heizwendel wirksam unterdrückt wird. Dieses Ergebnis ist überraschend.

Soweit dies eine Flammglühkerze betrifft, ist es selbstverständlich, daß das Gehäuse 6 und die Länge des '<" Me.tallrohre's 1 entsprechend den ^ herkömmlichen Konstruktionen'

-&Igr;&Ogr;&Igr; modifiziert werden, wobei die für Flammglühkerzen zusätzlichen Bauelemente zugefügt werden. Dies ergäbe sich beispielsweise aus dem DE-GM 19 60 914, dem DE-GM 19 92 291 oder dem DE-GM 19 81 645, oder aus der DE-OS 21 42 925, oder der GB-PS 1376817 oder ähnlichen Druckschriften. Ein Bereich der Länge des Metallrohres, in dem die Heizspule und die Steuerwiderstandsspule angeordnet sind, kann vollständig von der Oberseite des Gehäuses vorstehen, wobei die Länge, mit der dieser Bereich vorsteht, von der erwünschten Temperaturanstiegscharakteristik abhängt. Speziell eine teilweise in das Gehäuse zurückgezogene Anordnung der Steuerwiderstandswendel (beispielsweise zumindest ein Viertel oder bis zu einem Drittel ihrer Länge) stellt den schnellsten Temperaturanstieg der Heizwendel sicher, während gleichermaßen eine Überhitzung wirksam vermieden wird. Es zeigte sich, daß im Falle einer gewissen Wärmeableitung während des anfänglichen Aufheizungsvorgangs der Temperaturanstieg der Steuerwiderstandswendel verzögert ist, so daß eine größere Menge Strom fließen kann.

Es ist somit ein überraschendes Ergebnis, daß der Temperaturanstieg und eine Kontrolle bezüglich einer Überhitzung primär durch die Selbsterhitzung der Steuerwiderstandsspule bewirkt wird, ohne daß man eines positiven Temperaturkoeffizienten des Heizelementes bedarf. Darüberhinaus ist es bemerkenswert, daß die Temperatursteuerung realisierbar ist, ohne daß sie hauptsächlich von der thermischen Rückkopplung des GJühstifts. d.h. des Metallrohrs, abhängt, da die Temperatur der Metallrohroberfläche an den Bereich, an welchem die Steuerwiderstandsspule angeordnet ist, mi·· einer bestimmten Verzögerung gegenüber der Kontrollwiderstandsspule ansteigt, und da darüberhinaus die Temperatur des Metallrohres an dem Bereich seiner Anschweißung an dem Gehäuseende niedrig -bleibt/ weil die Warme zu dem Gehäuse selbst dann abgeführt

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1 Wird/ Wenn das untere äbschlössene Ende des Metällröhres einen Zustand erreicht hat> bei dem es glüht* Es wird angenommen, daß dies im Gegensatz £u der Lehfe des Stands def Tedhhik steht, Wie er beispielsweise aus der

5 US-PS 4/556,781 hervorgeht *

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DIEHL GLAESER HILTL&PARTNER

Patentanwälte European Patent Attorneys MÜNCHEN ·HAMBURG

Kanzlei/Office München

Flüggenstraße 13 D-8000 München 19

22. April 1987 D/sol
N 4695-D

iJGK SPARK PLUG CO. , LTD.

14-18 Takatsuji-cho,

Mizuho-ku,
Nagoya, Aichi, Japan

GLÜHKERZE

Schutzansprüche

1. Glühkerze, in der ein Heizelement, welches einen niedrigen Temperaturkoeffizienten aufweist, das mit seinem einem Ende mit dem abgeschlossenen Ende eines Metallrohres verbunden ist, und ein Widerstandselement mit hohem positiven Temperaturkoeffizienten, das mit dem anderen Ende

, , des Heizelements verbunden ist/ zwecks Steuerung des durch

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des Metallrohres in ein isolierendes Pulver gepackt sind, wobei ein wesentlicher Teil des Metallrohres in Richtung aaf das abgeschlossene Ende von einem metallenen Gehäuse absteht,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Heizelement (2) von einer Wendel eines metallenen Widerstandsmaterials gebildet ist, das einen negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten aufweist.
2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement o.intn negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, der durch eine Reduktionsrate von zumindest 5 % von 0 bis 1000⁰C definiert ist.
3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß etwa ein Viertel bis etwa ein Drittel der Gesamtlänge des SteueiWiderstandselements (3) in einem Bereich des Metallrohres (1) angeordnet ist, der von dem Gehäuse (6) umgeben ist.
4. Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (1) an dem Metallgehäuse (6) durch eine Verschweißung (7) befestigt ist.
5. Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (1) an den Endbereich (6b) des Gehäuses (6) angeschweißt ist.

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