EP0337216B1

EP0337216B1 - Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP0337216B1
Application number: EP89105742A
Authority: EP
Inventors: Guglielmo Agradi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1989-04-01
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-04-01
Also published as: EP0337216A3; DE3812138A1; DE58906960D1; EP0337216A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine.
Aus der DE-A-27 44 624 ist eine Glühkerze bekannt geworden, bei der das gesamte Widerstandselement aus einem Material mit stark positivem Widerstandskoeffizienten besteht. Durch engere Wicklung der Wendel im vorderen, dünnwandigerem Abschnitt der Glühkerze wird dort mehr Wärme konzentriert, während ein unterer, weiter gewickelter Teil in einem dickwandigerem Abschnitt liegt. Das gesamte Widerstandselement kann auch aus Bandmaterial bestehen.Durch unterschiedliche Wandungsdicke des Glühstiftes soll im gehäusenahen Bereich die Wärmekapazität dort erhöht werden.
Bei dem auch aus Bandmaterial hergestellbaren Widerstandselement besteht sowohl das vordere eigentliche Heizelement, als auch der hintere Teil aus PTC-Material. Beide ändern ihr Widerstandsverhalten mit der Temperatur, so daß eine Gesamtminderung des Heizstromes vorgenommen wird.
Die GB-A-2 106 181 beschreibt eine Glühkerze, die eine an ihrem Ende offene Hülse besitzt, in der ein kegelig zulaufender Metallstift angeordnet ist. Seine Außenfläche ist isolierend emailliert, und darauf ist ein Band aus Widerstandsmaterial gewickelt, und zwar im zylindrischen Bereich wendelförmig und im vorderen, konischen Bereich, in Form einer teilweise auseinander gezogenen Spirale, bei der sich die einzelnen Flachmaterialstreifen stark überlappen.
Eine weitere Glühkerze ist aus der DE-A-27 46 496 bekannt geworden. Ein dem Boden des Glühelementes zugewandter Abschnitt des elektrischen Widerstandselementes besteht aus einer nach Art einer dicht gewickelten Uhrfeder ausgebildeten Spirale aus Flachmaterial, das auf einen Bolzen gewickelt ist und mit einer zwischengewickelten, bandförmigen Isolierung versehen ist. Dadurch entsteht ein sich selbst aufheizender massiver Zylinder, der nur eine geringe Außenoberfläche hat und bei dem insbesondere die Wärmeabfuhr von der Mitte her sehr schwierig ist.
Wie es bereits in der britischen Patentschrift 1 376 817 beschrieben ist, besteht ein Zuleitungsabschnitt für das Widerstandsheizelement aus einem Material mit hohem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten (PTC), um eine Schnellaufheizung mit nachfolgender Begrenzung des Heizstromes zu unterstützen.
Eine gleiche Ausbildung mit wendelförmigen Heizdrähten ist in der deutschen Patentschrift 28 02 625 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die noch kürzere Aufheizzeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Abspruch 1 gelöst.
Bei der Verwendung von Flachmaterial in Form einer in Längsrichtung auseinandergezogenen Spirale oder Wendel treten verbesserte Wärmeübertragungsverhältnisse auf. Die Oberfläche ist bei gleichem Querschnitt vergrößert. Bei der erfindungsgemäßen Glühkerze treten jedoch die üblicherweise bei Flachmaterialheizungen zu erwartenden Nachteile, beispielsweise eine höhere Neigung zum Durchbrennen, nicht auf. Dies liegt an der sehr festen Einbettung der Widerstandselemente, die für eine gute und gleichmäßige Wärmeabfuhr von allen Flächen des Widerstandselementes sorgt. Es kommt noch der Vorteil hinzu, daß infolge der gleichmäßigen Isolationsabstände zwischen nebeneinanderliegenden Widerstandselementflächen auf kleinerem Raum eine größere Heizleistung untergebracht werden kann. Diese Vorteile führen dazu, daß die Glühkerze nach der Erfindung eine um bis zu 50 % verkürzte Anheizzeit bei im übrigen gleichen Voraussetzungen für Standzeit und gleicher Stromaufnahme ermöglicht. Da diese Zeiten die Vorglühzeiten für Dieselmotoren bestimmen, ist dies ein sehr wesentlicher Vorteil, der zu hohen Zeiteinsparungen und einem verbesserten Startverhalten führt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der das Flachmaterial oder band seine größte Querschnittsabmessung in Richtung der Wendel- oder Spiralachse hat, wendet das Widerstandselement eine seiner großen Flächen der Außenseite zu, die somit die Wärme durch Leitung über die zwischengeschaltete Einbettmasse direkt an die Außenfläche des Glühelementes abgeben kann. Durch die Auseinanderziehung dieser Wendel oder Spirale wird die gesamte Länge des Widerstandsheizelementes weitgehend gleichmäßig zur Wärmeableitung herangezogen und die Mittelbereiche sind nicht benachteiligt. Durch konische Ausbildung des Widerstandselementes, das somit eine Wendel- bzw. Spiralform hat, läßt es sich gut an die Gegebenheiten anpassen.
Bei einer Ausführung, bei der die größten Querabmessungen quer zur Spiral- bzw. Wendelachse liegen, läßt sich eine sehr dicht Wicklung vornehmen und der tote Innenraum der Wendel bzw. Spirale, der nur den Durchmesser vergrößert und weitgehend nutzlos mit aufgeheitz werden muß, läßt sich gering halten.
In diesem Falle kann der dem Boden zugewandte Teil des Widerstandselementes an diesem direkt durch Schweißung befestigt sein, so daß das Glühelement den Rückleiter bildet. Es ist auch möglich, die Breite des Flachmaterialbandes über die Länge des Widerstandsheizelementes zu variieren, um es aufgrund der unterschiedlichen Leiterquerschnitte in der Glühtemperatur an die Gegebenheiten anzupassen, beispielsweise um Bereiche mit höherer Wärmeableitung stärker beheizen zu können. Zwischen der Erstreckung der größten Querschnittsabmessung in Achsrichtung oder quer zu dieser sind auch beliebige Zwischenstellungen möglich, in denen das Flachmaterial einen Winkel zur Achse einnimmt. In diesem Falle würde beispielsweise eine Wendel oder Spirale mit konisch ansteigenden oder abfallenden Windungsflanken entstehen.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung beschrieben und erläutert, wobei die einzelnen Merkmale für sich allein oder in Unterkombinationen zu mehreren verwirklicht sein können. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine teilgeschnittenen Detailansicht einer Glühkerze in teil-perspektivischer Darstellung,
Fig. 2: eine Variante eines Widerstandselementes.

Fig. 1 zeigt eine Glühkerze 11 mit einem Kerzengehäuse 12, das mittels eines Gewindes 13 über Sechskant-Schlüsselflächen 14 in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel eines Dieselmotors, eingeschraubt werden kann. Das Kerzengehäuse und der nicht dargestellte Anschluß an eine elektrische Zuleitung kann in üblicher Weise ausgebildet sein. In den Brennraum hinein ragt ein hülsenförmiges Glühelement 15, das an seinem freien Ende durch einen beispielsweise kugeligen Boden 16 abgeschlossen ist. In ihm liegt in einer elektrischisolierenden, hochwärmefesten Einbettmasse 17 ein elektrisches Widerstandselement 18, mit dem das Glühelement beheizt wird.
Das Widerstandselement 18 besteht aus zwei Abschnitten, und zwar einem Draht-Widerstandselement 19, das aus einem in Form einer zylindrischen Wendel gewickelten Runddraht besteht und den zum Kerzengehäuse 12 hin gewandten Abschnitt des Widerstandselementes 18 bildet. Mit einem geschweißten Anschluß 22 ist direkt mit ihm ein Flachmaterial-Widerstandselement 20 verbunden, das aus einem Band aus Widerstandsmaterial besteht, das die Form einer konisch auseinandergezogenen Spirale hat. Die größten Querschnittsabmessungen a liegen dabei in Richtung der Achse 24 des Widerstandselementes und der Glühkerze. Der dem Boden 16 zugewandte Teil des Flachmaterial-Widerstandselementes 20 ist direkt mit dem Boden verschweißt, der den Rückleiter bildet.
Die einzelnen Windungen der konischen Spirale sind beim Ausführungsbeispiel so weit auseinandergezogen, daß sie sich kaum noch überlappen. Wenn sie so weit auseinandergezogen sind, daß zwischen benachbarten Windungen ein Längsabstand zur Schaffung einer Isolierstrecke entsteht, könnte das Flachmaterial-Widerstandselement auch in Form einer zylindrischen Wendel ausgeboldet sein. Im Beispiel verjüngt sich das Flachmaterial-Widerstandselement 20 vom Wendeldurchmesser des Draht-Widerstandselementes bis auf einen sehr kleinen Durchmesser im Bereich des Bodenanschlusses 23 und paßt sich somit gut der sich ebenfalls verjüngenden Form des Glühelementes an.
Der dem Kerzengehäuse zugewandte Widerstandselement-Abschnitt besteht aus einem Material mit hohem positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (PTC).
Es ist zu erkennen, daß damit ein insbesondere im besonders wesentlichen Endbereich des Glühelementes sehr größflächiges und wirksames Widerstandselement geschaffen wird. Es ist den Gegebenheiten, insbesondere der hohen Wärmeabgabe im Endbereich, gut anzupassen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der das FlachmaterialWiderstandsheizelement ebenfalls aus einem Band hergestellt ist, das jedoch seine größeren Querschnittsabmessungen a quer zur Achse 24 hat. Auch dies ist in Form eines konischen bzw. bogenförmig gerundeten spiralig/wendelförmigen Körpers gewickelt, der sich ebenfalls gut an die Endform des Glühelementes anpassen läßt. Insbesondere bei dieser verjüngten Ausbildung ist die Anordnung der Bänder mit quer zur Achse verlaufender Flächenerstreckung vorteilhaft, weil dadurch eine bevorzugte Wärmeabgabe an das Ende des Glühelementes erfolgt. Auch für die Einbettung ergeben sich Vorteile.

Claims

Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine mit einem Kerzengehäuse (12) und einem hülsenförmigen Glühelement (15) mit im wesentlichen gleicher Wandstärke, das an seinem freien Ende einen Boden (16) aufweist, und in dem in elektrisch isolierender Einbettmasse (17) angeordnet sind:
- ein dem Boden (16) zugewandtes Heizelement (20) aus Flachband-Widerstandsmaterial in Form einer in Längsrichtung des Glühelementes (15) auseinandergezogenen Flachmaterial-Spirale bzw. Wendel und

- ein dem Kerzengehäuse (12) zugewandtes, dem Heizelement (20) elektrisch vorgeschaltetes und damit leitend verbundenes Widerstandselement (19) aus Runddraht, das aus einem Material mit hohem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (PTC) besteht.
Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Heizelementes (20) sich über einen Teil seiner Länge zum Boden (16) des Glühelementes (15) hin verringert.
Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (20) mit einem seiner Anschlüsse (23) mit dem Boden (16) verbunden ist, vorzugsweise im Bereich seines geringsten Durchmessers direkt mit dem Boden (16) verschweißt ist, wobei insbesondere ein dem Boden (16) benachbarter Abschnitt konisch ausgebildet ist.
Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (20) größere Querschnittsabmessungen (a) quer seiner Achse (24) aufweist.
Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachmaterial einen Querschnitt mit in Längsrichtung des Glühelementes (15) größeren, vorzugsweise mehr als dreimal größeren Längsabmessungen aufweist als die zugehörigen Dicken-Abmessungen.
Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Flachmaterialstreifens, aus dem das Heizelement (20) besteht, über die Länge des Widerstandselementes unterschiedlich ist.