EP1463910B1 - Pin heater - Google Patents

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EP1463910B1
EP1463910B1 EP01271801A EP01271801A EP1463910B1 EP 1463910 B1 EP1463910 B1 EP 1463910B1 EP 01271801 A EP01271801 A EP 01271801A EP 01271801 A EP01271801 A EP 01271801A EP 1463910 B1 EP1463910 B1 EP 1463910B1
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EP
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pin heater
conductive layer
heater
pin
section
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EP01271801A
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Gert Lindemann
Wilfried Aichele
Andreas Reissner
Friedericke Lindner
Christof Rau
Guenter Knoll
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Description

Die Erfindung geht aus von einem Stiftheizer, insbesondere in einer Glühstiftkerze für Dieselmotoren, nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The invention relates to a pin heater, in particular in a glow plug for diesel engines, according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Die Technik moderner Dieselmotoren stellt an Glühstiftkerzen hohe Anforderungen und zwar insbesondere in bezug auf Baugröße, Festigkeit, Aufheizgeschwindigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit. Es ist üblicherweise erwünscht, daß mit einer Heizerleistung von ca. 70 bis 100 W innerhalb 2 Sekunden eine Temperatur von 1000°C und eine Beharrungstemperatur von 1200°C erreicht werden kann.The technology of modern diesel engines places high demands on glow plugs, in particular in terms of size, strength, heating rate and high temperature resistance. It is usually desirable that with a heater power of about 70 to 100 W within 2 seconds, a temperature of 1000 ° C and a steady-state temperature of 1200 ° C can be achieved.

Aus der Praxis sind heutzutage Glühstiftkerzen mit metallischen und keramischen Heizern bekannt. Gängige Ausführungen der keramischen Glühstiftkerzen verfügen über innenliegende metallische oder keramische Heizer, die in eine hochtemperaturstabile nichtleitende Keramik eingesintert sind. Glühstiftkerzen einer solchen Bauart können jedoch nur durch aufwendige Heizpreßverfahren hergestellt werden. Dagegen sind Glühstiftkerzen mit außenliegenden Heizern aus Kompositkeramiken durch einfachere und kostengünstigere Sinterverfahren herstellbar.From practice today glow plugs with metallic and ceramic heaters are known. Common designs of the ceramic glow plugs have internal metallic or ceramic heaters, which are sintered into a high-temperature-stable non-conductive ceramic. glow plugs However, such a design can only be made by consuming Heizpreßverfahren. In contrast, glow plugs with external heaters made of composite ceramics can be produced by simpler and more cost-effective sintering processes.

Eine Glühkerze für Dieselmotoren mit einem zylindrischen Metallrohr, mit einer Anschlußvorrichtung zur elektrischen Kontaktierung und mit einer keramischen Heizvorrichtung ist beispielsweise aus der WO 96/27104 bekannt. Bei dieser Glühkerze hält das zylindrische Metallrohr an seiner Spitze die keramische Heizvorrichtung freitragend, wobei die keramische Heizvorrichtung mit der Anschlußvorrichtung kontaktiert ist, so daß während des Glühvorgangs ein Strom durch die keramische Heizvorrichtung fließt.A glow plug for diesel engines with a cylindrical metal tube, with a connection device for electrical contacting and with a ceramic heater is known for example from WO 96/27104. In this glow plug, the cylindrical metal pipe holds at its tip the ceramic heater cantilevered, wherein the ceramic heater is contacted with the terminal device, so that a current flows through the ceramic heater during the annealing process.

Die keramische Heizvorrichtung weist dabei mindestens eine Stelle verringerten Querschnitts auf, wobei die Querschnittsreduzierung der keramischen Heizvorrichtung an der Stelle erfolgt, auf die das Brennstoff-Luft-Gemisch auftrifft. Die Querschnittsverringerung ist bei dieser keramischen Heizvorrichtung derart realisiert, daß die Wanddicke der Seitenwand an der betreffenden Stelle entsprechend reduziert ist.The ceramic heater has at least one point of reduced cross-section, wherein the cross-sectional reduction of the ceramic heater takes place at the point where the fuel-air mixture impinges. The cross-sectional reduction is realized in this ceramic heater so that the wall thickness of the side wall is reduced at the relevant point accordingly.

Bei einer solchen Glühstiftkerze ist es möglich, daß der Bereich der Heizvorrichtung, der dem brennbaren Gemisch am zugänglichsten ist, aufgrund des damit größeren Widerstandes am schnellsten die notwendige Zündtemperatur erreicht. Dadurch sind kürzere Aufheizzeiten der Glühstiftkerze möglich. Eine solche definierte Reduzierung der Wanddicke erermöglicht es, genau die Stelle der Glühstiftkerze am heißesten werden zu lassen, auf die das Brennkraftgemisch auftrifft.In such a glow plug, it is possible that the area of the heater, which is the most accessible to the combustible mixture, due to the greater resistance thus achieved the required ignition temperature fastest. As a result, shorter heating times of the glow plug are possible. Such a defined reduction of the wall thickness made possible it is to make exactly the point of the glow plug the hottest on which impinges the fuel mixture.

In der WO 00/35830 wird eine weitere herkömmliche Lösung zur Schaffung eines sich schnell aufheizenden Stiftheizers beschrieben, wobei dies wiederum durch eine Verringerung des Querschnitts des Stiftheizers im Bereich der heißen Zone erreicht wird. Ein derartiger Stiftheizer ist zur Querschnittsreduktion mit einer filigranen Spitze ausgebildet.WO 00/35830 describes a further conventional solution for creating a rapidly heating pin heater, this in turn being achieved by reducing the cross section of the pin heater in the region of the hot zone. Such a pin heater is designed for reducing the cross section with a filigree tip.

Solche aus dem Stand der Technik bekannten Stiftheizer haben den Nachteil, daß sie eine heiße Zone aufweisen, die äußerst filigran durch eine Spitzenbildung oder eine sonstige Querschnittsreduzierung im Bereich der Spitze des Stiftheizers aufgebaut sein muß, um schnell auf eine hohe Temperatur aufgeheizt werden zu können.Such known from the prior art pin heaters have the disadvantage that they have a hot zone, which must be extremely filigree by a tip formation or other cross-sectional reduction in the tip of the Stiftheizers to be heated quickly to a high temperature can.

Solche filigranen und damit mechanisch nur wenig belastbaren Spitzen der Stiftheizer sind jedoch äußerst empfindlich und können insbesondere beim Handling, dem Einbau in den Motor, etc. leicht beschädigt werden.However, such filigree and thus only slightly resilient tips of the pen heaters are extremely sensitive and can be easily damaged, especially during handling, installation in the engine, etc.

Darüber hinaus weisen solche in ihrem Querschnitt reduzierten Bereiche der Stiftheizer auch eine unzureichende thermische Masse auf, so daß keine ausreichende Temperaturstabilität erreicht werden kann, und somit bei einer plötzlichen Abkühlung der Umgebung, wie beispielsweise bei einem Kaltstart des Motors, die Gefahr des Ausblasens der Glühstiftkerze sehr groß ist.In addition, such reduced in their cross-section areas of the Stiftheizer also have an insufficient thermal mass, so that sufficient temperature stability can be achieved, and thus in a sudden cooling of the environment, such as a cold start of the engine, the risk of blowing out the glow plug is very big.

Durch die EP-A-1 092 696 ist ein gesinterter keramischer Verbundkörper bekannt, der ein keramisches Verbundgefüge mit einer Isolationsschicht und einer zu dieser im wesentlichen außenliegend angeordneten Leitschicht aufweist. Der Verbundkörper weist einen gleich bleibenden Gesamtquerschnitt auf, mit Ausnahme einer Spitze, in der sich der Anteil der Isolationsschicht gegenüber dem Anteil der Leitschicht vergrößert.EP-A-1 092 696 discloses a sintered ceramic composite body comprising a ceramic composite structure with an insulating layer and one substantially external to it having arranged conductive layer. The composite body has a constant overall cross-section, with the exception of a tip, in which increases the proportion of the insulating layer against the portion of the conductive layer.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Insbesondere in bezug auf die Baugröße des Stiftheizers, die vorzugsweise sehr gering gehalten werden soll, soll der Stiftheizer einen Durchmesser im Bereich von etwa 2 mm bis 5 mm aufweisen.In particular, with respect to the size of the pin heater, which is preferably to be kept very low, the pin heater should have a diameter in the range of about 2 mm to 5 mm.

Der vorgeschlagene Stiftheizer in einer Glühstiftkerze für Dieselmotoren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 hat den Vorteil, dass die Baugröße des Stiftheizers sehr gering gehalten werden kann und der Durchmesser des Stiftheizers in einem Bereich von etwa 2mm bis 5 mm liegt.The proposed pin heater in a glow plug for diesel engines with the features of claim 1 has the advantage that the size of the pin heater can be kept very low and the diameter of the pin heater is in a range of about 2mm to 5 mm.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Stiftheizers ist dieser im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Dies hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, da es bei einer derartigen Gestaltung des Stiftheizers ermöglicht wird, daß die Kerze in ihrem mittleren Spitzenbereich glüht, wie es für moderne, direkt einspritzende Dieselmotoren verlangt wird.According to a preferred embodiment of the pin heater this is formed substantially rotationally symmetrical. This has proved to be advantageous because, with such a design of the pin heater, it is possible for the plug to glow in its central tip region, as required for modern direct injection diesel engines.

Bei der Gestaltung des Stiftheizers kann es dabei vorgesehen sein, daß die Isolationsschicht von der Leitschicht im wesentlichen ummantelt ist.In the design of the pin heater, it may be provided that the insulating layer is substantially encased by the conductive layer.

Es hat sich gezeigt, daß es insbesondere für die Herstellung des Stiftheizers vorteilhaft ist, wenn die Isolationsschicht von der Leitschicht im wesentlichen sandwichartig umgeben wird, das heißt, daß bei Betrachtung des Querschnitts eine Abfolge von Leitschicht, einer mittigen Isolationsschicht und wieder einer Leitschicht vorliegt, wobei die Isolationsschicht wenigstens annähernd in einem mittleren Bereich des Querschnitts des Stiftheizers liegt.It has been found that it is particularly advantageous for the manufacture of the pin heater, when the insulating layer of the conductive layer substantially sandwiched That is, when the cross section is viewed, there is a sequence of conductive layer, a central insulating layer and again a conductive layer, the insulating layer being at least approximately in a central region of the cross section of the pin heater.

Dies hat sich insbesondere dann als vorteilhaft erwiesen, wenn der Stiftheizer durch Spritzgießen hergestellt wird und die Isolationsschicht zuerst spritzgegossen wird, wobei sich die Isolationsschicht mit ihrem Randbereich, das heißt, dem nicht an die Leitschicht grenzenden Bereich, wenigstens teilweise bis an den Umfang des Stiftheizers erstreckt. Dadurch kann die Isolationsschicht in ein Werkzeug zum Aufspritzen der Leitschicht gestellt werden, beispielsweise senkrecht zur Werkzeugtrennebene.This has proved to be particularly advantageous when the pin heater is produced by injection molding and the insulating layer is first injection molded, wherein the insulating layer with its edge region, that is, the area not adjacent to the conductive layer, at least partially up to the periphery of the pin heater extends. As a result, the insulation layer can be placed in a tool for spraying the conductive layer, for example perpendicular to the mold parting plane.

Insbesondere in bezug auf die Baugröße des Stiftheizers, die vorzugsweise sehr gering gehalten werden soll, ist es vorteilhaft, wenn der Stiftheizer einen Durchmesser im Bereich von etwa 2 mm bis 5 mm aufweist.In particular, with respect to the size of the pin heater, which is preferably to be kept very low, it is advantageous if the pin heater has a diameter in the range of about 2 mm to 5 mm.

Günstigerweise ist die Anordnung der Leitschicht und der Isolationsschicht für ein jeweiliges Herstellungsverfahren der Stiftkerze optimiert. Bevorzugte Herstellungsverfahren sind das Spritzgießen und/oder das Spritzpressen. Die Optimierung erfolgt vorzugsweise mittels analytischer Verfahren, insbesondere mittels eines Finite-Elemente-Verfahrens, erfolgt. Mit einer solchen Optimierung ist es möglich, daß eine Geometrie des Stiftheizers berechnet wird, die beispielsweise durch ein zweistufiges Spritzgußverfahren ohne Nachbearbeitung und nachfolgendes Sintern sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.The arrangement of the conductive layer and the insulating layer is favorably optimized for a respective production method of the pencil candle. Preferred production methods are injection molding and / or transfer molding. The optimization is preferably carried out by means of analytical methods, in particular by means of a finite element method. With such an optimization, it is possible that a geometry of the Stiftheizers is calculated, for example, by a two-stage injection molding process without Post-processing and subsequent sintering can be made very easily and inexpensively.

Das keramische Verbundgefüge der Leit- und Isolationsschicht weist dabei besonders bevorzugt als Bestandteile Trisiliciumtetranitrid und ein Metallsilizid auf. Dabei wird besonders bevorzugt das keramische Verbundgefüge für die Leitschicht aus 60 Gew.-% MoSi2 und 40 Gew.-% Si3N4 sowie Sinteradditiven, und für die Isolationsschicht aus 40 Gew.-% MoSi2 und 60 Gew.-% Si4N4 sowie Sinteradditiven gebildet.The ceramic composite structure of the conductive and insulating layer particularly preferably comprises trisilicontetranitride as components and a metal silicide. It is particularly preferred that the ceramic composite structure for the conductive layer of 60 wt .-% MoSi 2 and 40 wt .-% Si 3 N 4 and sintering additives, and for the insulating layer of 40 wt .-% MoSi 2 and 60 wt .-% Si 4 N 4 and sintering additives formed.

Weitere Vorteile und bevorzugte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.Further advantages and preferred embodiments of the invention will become apparent from the claims, the following description and the drawings.

Zeichnungdrawing

Drei bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Stiftheizers in einer Glühstiftkerze für Dieselmotoren sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt dabei

  • Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Stiftheizer mit zwei zugehörigen Querschnitten entlang der Linien A-A und B-B gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • Figur 2 eine durch Finite-Elemente-Rechnung optimierte Leitschicht eines Spitzenbereiches eines Stiftheizers gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
  • Figur 3 die Isolationsschicht, die zu der in der Figur 2 dargestellten Leitschicht gehört;
  • Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung eines Stiftheizers gemäß den Figuren 2 und 3;
  • Figur 5 eine Ansicht von hinten auf den Stiftheizer gemäß der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform; und
  • Figuren 6a) bis c) einen Querschnitt, einen Längsschnitt sowie eine Aufsicht auf einen Siftheizer gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Three preferred embodiments of the pin heater according to the invention in a glow plug for diesel engines are shown schematically in the drawing and are explained in more detail in the following description. It shows
  • 1 shows a longitudinal section through a pin heater with two associated cross sections along the lines AA and BB according to a first preferred embodiment of the invention;
  • FIG. 2 shows a finite element calculation optimized conductive layer of a tip region of a pin heater according to a second preferred embodiment;
  • FIG. 3 shows the insulating layer belonging to the conductive layer shown in FIG. 2;
  • Figure 4 is a three-dimensional view of a pin heater according to Figures 2 and 3;
  • Figure 5 is a rear view of the pin heater according to the embodiment shown in Figures 2 to 4; and
  • FIGS. 6a) to c) show a cross section, a longitudinal section and a plan view of a sift heater according to a third preferred embodiment of the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In Figur 1 ist nun ein Stiftheizer 1 in einer längs geschnittenen Ansicht gezeigt, wobei eine Leitschicht 2 im wesentlichen außen liegt und eine Isolationsschicht 3 im wesentlichen innen liegt, wobei die Isolationsschicht 3 von der Leitschicht 2 sandwichartig umgeben ist. Beide Schichten 2, 3 umfassen ein keramisches Verbundgefüge.1 shows a pin heater 1 in a longitudinal sectional view, with a conductive layer 2 lying substantially on the outside and an insulating layer 3 lying substantially inside, the insulating layer 3 being sandwiched by the conductive layer 2. Both layers 2, 3 comprise a ceramic composite structure.

Dieser Stiftheizer 1 weist, wie der Figur 1 zu entnehmen ist, über seine gesamte Länge einen einheitlichen Gesamtquerschnitt auf, wobei die Isolationsschicht 3 im Bereich einer Spitze 4 des Stiftheizers 1 eine Querschnittsvergrößerung erfährt, während sich der Anteil der außen liegenden Leitschicht 2 bezüglich des Gesamtquerschnittes entsprechend verringert.As can be seen from FIG. 1, this pin heater 1 has a uniform overall cross-section over its entire length, wherein the insulation layer 3 experiences a cross-sectional enlargement in the region of a tip 4 of the pin heater 1, while the proportion of the outer conductive layer 2 with respect to the overall cross-section reduced accordingly.

Wie insbesondere den zugehörigen Querschnitten entlang der Linien A-A und B-B von Figur 1 zu entnehmen ist, ist der Stiftheizer gemäß der bevorzugten Ausführungsform symmetrisch ausgebildet. Unter symmetrisch kann dabei eine Symmetrie um eine in der Querschnittsebene liegende Symmetrieachse verstanden werden oder auch eine Symmetrie um eine Drehachse entlang der Achse des Stiftheizers in einem kristallographischen Sinne.As can be seen in particular from the associated cross sections along the lines AA and BB of FIG. 1, the pin heater according to the preferred embodiment is designed to be symmetrical. Symmetry can here be symmetrical about an axis of symmetry lying in the cross-sectional plane or symmetry about an axis of rotation along the axis of the pin heater in a crystallographic sense.

Es handelt sich hier somit um einen keramischen Stiftheizer 1 mit einem außenliegenden Heizer, der einen geeigneten Durchmesser für einen Einbau in ein M8-Gehäuse aufweist. Hierfür hat sich ein Durchmesser von etwa 3,3 mm für den Stiftheizer 1 als vorteilhaft erwiesen.It is thus a ceramic pin heater 1 with an external heater, which has a suitable diameter for installation in an M8 housing. For this purpose, a diameter of about 3.3 mm for the pin heater 1 has proved to be advantageous.

Durch eine in der Figur 1 dargestellte geeignete Wahl der Geometrie der Leitschicht 2 und der Isolationsschicht 3 wird eine Querschnittsreduktion der Leitschicht 2 im Spitzenbereich 4 ermöglicht, wobei der gesamte Stiftheizer 1 über seine gesamte Länge im wesentlichen einen einheitlichen Querschnitt besitzt. Hierdurch wird es ermöglicht, daß der Stiftheizer 1 im Spitzenbereich 4 schnell glüht, wie es für moderne direkt einspritzende Dieselmotoren verlangt wird, und trotzdem eine gute mechanische Stabilität aufweist.By a suitable choice of the geometry of the conductive layer 2 and of the insulating layer 3 shown in FIG. 1, a cross-sectional reduction of the conductive layer 2 in the tip region 4 is made possible, wherein the entire pin heater 1 has essentially a uniform cross-section over its entire length. This makes it possible that the pin heater 1 in the tip region 4 glows quickly, as required for modern direct injection diesel engines, and still has a good mechanical stability.

In den Figuren 2 bis 5, in welchen aus Gründen der Übersichtlichkeit für funktionsgleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet werden, ist ein Stiftheizer 1 dargestellt, dessen Form, und zwar insbesondere die Form der Leitschicht 2 zur Isolationsschicht 3, mittels analytischer Verfahren optimiert wurde, wobei die Optimierung in bezug auf das Herstellungsverfahren des Stiftheizers 1, und zwar insbesondere auf ein Spritzgußverfahren erfolgt.In Figures 2 to 5, in which the same reference numerals as in Figure 1 are used for reasons of clarity for functionally identical components, a pin heater 1 is shown, whose shape, in particular the shape of the conductive layer 2 to the insulating layer 3, optimized by analytical methods was, with the optimization with respect to the manufacturing process of the Stiftheizers 1, in particular carried out by injection molding.

Ein derartiger Stiftheizer 1 kann in einem einfachen Spritzgußverfahren realisiert werden, wobei zuerst die Isolationsschicht 3 in einem vorgeformten Werkzeug vorgespritzt wird und die keramische Leitschicht 2 in einem zweiten Arbeitsschritt um die Isolationsschicht 3 herum gespritzt wird.Such a pin heater 1 can be realized in a simple injection molding process, wherein first the insulating layer 3 is pre-injected in a preformed tool and the ceramic conductive layer 2 is injected in a second step around the insulating layer 3 around.

Eine in den Figuren 2 bis 5 dargestellte Ausweitung 3A der Isolationsschicht 3 an den Rändern des Stiftheizers 1 erhöht die Spritzgießbarkeit eines solchen Stifheizers 1 sowie die Lagestabilität der Isolationsschicht 3 im Werkzeug zum Aufspritzen der Leitschicht 2. Derart wird ein Spritzgießen des Stiftheizers 1 ohne Materialüberstände, die Nachbearbeitungen bedingen, möglich.An expansion 3A of the insulation layer 3 at the edges of the pin heater 1 shown in FIGS. 2 to 5 increases the injection-moldability of such a pin heater 1 as well as the positional stability of the insulation layer 3 in the tool for spraying the conductive layer 2. In this way, an injection molding of the pin heater 1 without material overhangs, the post-processing condition, possible.

Die Optimierung der Geometrie wurde gemäß der gezeigten zweiten Ausführungsform für Kompositkeramiken, wie beispielsweise Si3N4 und MoSi2, optimiert. Dabei besteht die Leitschicht 2 wenigstens annähernd aus 60 Gew.-% MoSi2, 40 Gew.-% Si3N4 sowie Sinteradditiven, und die Isolationsschicht 3 aus 40 Gew.-% MoSi2, 60 Gew.-% Si3N4 und Sinteradditiven.Optimization of the geometry has been optimized according to the second embodiment shown for composite ceramics such as Si 3 N 4 and MoSi 2 . In this case, the conductive layer 2 consists at least approximately of 60 wt .-% MoSi 2 , 40 wt .-% Si 3 N 4 and sintering additives, and the insulating layer 3 of 40 wt .-% MoSi 2 , 60 wt .-% Si 3 N 4 and sintering additives.

Zur Herstellung der Spritzgußmassen werden die Pulvermischungen mit einem mit Acrylsäure oder Maleinsäureanhydrid gepropften Polypropylen wie z.B. Polybond 1000 Binder und Cyclododecan bzw. Cyclododecanol als Hilfsstoffe verknetet, die insgesamt einen Anteil von 15 bis 20 Gew.-% an der Spritzgußmasse haben.To prepare the injection molding compositions, the powder mixtures are kneaded with a polypropylene or anhydride grafted with acrylic acid such as Polybond 1000 binder and cyclododecane or cyclododecanol as auxiliaries, which have a total of 15 to 20 wt .-% of the injection molding compound.

In den Figuren 6 a) bis c) ist ein noch weiter bezüglich seines. Herstellungsverfahrens optimierter Stiftheizer 1 in einer Querschnittschnittsansicht (Figur 6a), in einem Längsschnitt (Figur 6b) sowie in einer Aufsicht (Figur 6c) dargestellt.In the figures 6 a) to c) is still further with respect to his. Production method optimized pin heater 1 in a cross-sectional view (Figure 6a), shown in a longitudinal section (Figure 6b) and in a plan view (Figure 6c).

Dabei wurden die Übergänge zwischen Isolationsschicht 3 und Leitschicht 2 verrundet bzw. abgerundet, was sich wiederum bezüglich des Spritzgießens als vorteilhaft erwiesen hat, da nach dem Aufspritzen der Leitschicht 2 keine Spitzen der thermischen Spannungen an scharfen Ecken und Kanten entstehen.The transitions between insulating layer 3 and conductive layer 2 were rounded or rounded, which in turn has proved to be advantageous in terms of injection molding, since after spraying the conductive layer 2, no peaks of the thermal stresses at sharp corners and edges.

In der Querschnittsdarstellung der Figur 6a ist nochmals die bezüglich des oben angegebenen Materials und des Spritzverfahrens optimierte Form des Stiftheizers 1 genauer durch eine beispielhafte Größenangabe ersichtlich. Es beträgt dabei der Durchmesser d1 des Stiftheizers 3,3 mm, die Breite bl der Isolationsschicht 3 zwischen den Schultern 1,9 mm bis 2 mm, die Dicke bzw. der Durchmesser des Heizkanals d2 0,35 mm und die Dicke der Isolationsschicht 0,8 mm. Der Winkel α der Isolationsschichtschulter beträgt vorzugsweise 120°.In the cross-sectional representation of FIG. 6a, the shape of the pin heater 1 which has been optimized with regard to the material and the spraying method specified above can be seen more precisely by way of an exemplary size specification. The diameter d1 of the pin heater is 3.3 mm, the width b1 of the insulation layer 3 between the shoulders is 1.9 mm to 2 mm, the thickness or the diameter of the heating channel d2 is 0.35 mm, and the thickness of the insulation layer is 0. 8 mm. The angle α of the insulation layer shoulder is preferably 120 °.

Auch.bei dem in der Figur 6 dargestellten Stiftheizer 1 handelt es sich im wesentlichen um einen sandwichartig aufgebauten Stiftheizer 1, bei dem die Isolationsschicht 3 im wesentlichen zwischen der Leitschicht 2 angeordnet ist, wobei die Isolationsschicht 3 zumindest teilweise bis zum Rand des Stiftheizers 1 ausläuft.Auch.bei the pin heater 1 shown in Figure 6 is essentially a sandwich-mounted pin heater 1, in which the insulating layer 3 is disposed substantially between the conductive layer 2, wherein the insulating layer 3 at least partially expires to the edge of the pin heater 1 ,

Beispielhaft soll nachfolgend der Ablauf des Spritzgießens eines Stiftheizers kurz erläutert werden.By way of example, the sequence of injection molding of a pin heater will be briefly explained below.

In einem ersten Abschnitt wird die Isolationsschicht 3 spritzgegossen. Dabei liegt der Anschnitt an der dicksten Stelle der Isolationsschicht 3, d.h. gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich der Spitze 4. Bei einer Länge der Leitschicht 2 von etwa 50 mm ist derzeit in einem metallischen Werkzeug eine Schichtdicke von minimal 0,8 mm spritzgießbar. Wird auf die Oberfläche der Kavität des Spritzgießwerkzeuges eine Wärmedämmschicht, wie Al2O3, ZrO2 oder ähnliches, aufgebracht, so sind auch dünnere Isolationsschichten 3 spritzgießbar.In a first section, the insulating layer 3 is injection-molded. In this case, the gate is located at the thickest point of the insulating layer 3, ie according to the present invention in the region of the tip 4. With a length of the conductive layer 2 of about 50 mm is currently in a metallic tool, a layer thickness of at least 0.8 mm injection-moldable. If a heat-insulating layer, such as Al 2 O 3 , ZrO 2 or the like, is applied to the surface of the cavity of the injection-molding tool, thinner insulation layers 3 can also be injection-molded.

Als nächstes wird diese Isolationsschicht 3 in das Werkzeug senkrecht zur Werkzeugtrennebene, d.h. also stehend, eingelegt und die Leitschicht 2 aufgespritzt.Next, this insulating layer 3 is inserted into the tool perpendicular to the mold parting plane, i. So standing, inserted and the conductive layer 2 sprayed.

Das Anspritzen erfolgt dabei am Fuß, das Überspritzen der Isolationsschicht 3 mit Leitmasse vom Fuß aus zur Spitze 4. Dabei schmilzt die Oberfläche der Isolationsschicht 3 kurzzeitig an und verbindet sich mit der Leitschicht 2. Die Kontur der Isolationsschicht 3 ist an der Werkzeugwand mit vier Kanten so gestaltet, daß diese Kanten leicht von der Schmelze der Leitschichtmasse erreicht bzw. angeschmolzen werden können. Hierfür sind insbesondere die verrundeten Übergänge vorgesehen.Injection takes place on the foot, the overmolding of the insulating layer 3 with conductive material from the foot to the tip 4. The surface of the insulating layer 3 melts for a short time and connects to the conductive layer 2. The contour of the insulating layer 3 is on the mold wall with four edges designed so that these edges can be easily reached or melted by the melt of the Leitschichtmasse. For this purpose, in particular the rounded transitions are provided.

Sollten Isolationsschicht 3 und Leitschicht 2 dennoch unmittelbar im Bereich der Oberfläche der Kavität nicht verschmelzen, so kann die Werkzeugoberfläche im Bereich des Übergangs von Isolationsschicht 3 und Leitschicht 2 wiederum mit einer Wärmedämmschicht versehen werden.Should insulating layer 3 and conductive layer 2 nevertheless not fuse directly in the region of the surface of the cavity, then the tool surface can be located in the area of the cavity Transition of insulating layer 3 and conductive layer 2 are in turn provided with a thermal barrier coating.

Danach erfolgt ein Abdrehen der Leitschichtmasse zum Fuß bis zum Beginn der Isolationsschicht 3, so daß der Fußbereich nicht elektrisch kurzgeschlossen ist. Daran schließt sich dann ein thermisches Entbindern und Sintern an.Thereafter, a twisting of the conductive layer mass to the foot until the beginning of the insulating layer 3, so that the foot is not electrically shorted. This is followed by thermal debinding and sintering.

Claims (7)

  1. Pin heater (1) in a glow plug for diesel engines, said pin heater (1) having at least one substantially internal insulation layer (3) and at least one substantially external conductive layer (2), the two layers (2, 3) comprising ceramic composite structures, the pin heater (1) having a substantially uniform overall cross section (d1) over substantially its entire length, and the proportion of the insulation layer (3) in the overall cross section (d1) increasing in the region of a tip (4) of the pin heater (1) while the proportion of the conductive layer (2) in the overall cross section (d1) decreases, the pin heater (1) having an overall cross section (d1) in a range from at least approximately 2 mm to 5 mm.
  2. Pin heater (1) according to Claim 1, characterized in that the cross section is substantially symmetrical.
  3. Pin heater according to Claim 1 or 2, characterized in that the insulation layer (3) is substantially enclosed by the conductive layer (2).
  4. Pin heater (1) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the insulation layer (3) is surrounded by the conductive layer (2) in a sandwich-like manner.
  5. Pin heater (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic composite structure has trisilicon tetranitride and a metal silicide as its constituents.
  6. Pin heater (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the conductive layer (2) is composed of 60% by weight of MoSi2, 40% by weight of Si3N4, and sintering additives, and the insulation layer (3) is composed of 40% by weight of MoSi2, 60% by weight of Si3N4, and sintering additives.
  7. Pin heater (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic composite structure is formed on the basis of an SiOC glass ceramic, derived from polysiloxane, with suitable filler materials and a metal silicide.
EP01271801A 2000-10-27 2001-10-30 Pin heater Expired - Lifetime EP1463910B1 (en)

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