EP1926938A1 - Zusammengesetzter leiter, insbesondere für glühkerzen für dieselmotoren - Google Patents

Zusammengesetzter leiter, insbesondere für glühkerzen für dieselmotoren

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Publication number
EP1926938A1
EP1926938A1 EP06805791A EP06805791A EP1926938A1 EP 1926938 A1 EP1926938 A1 EP 1926938A1 EP 06805791 A EP06805791 A EP 06805791A EP 06805791 A EP06805791 A EP 06805791A EP 1926938 A1 EP1926938 A1 EP 1926938A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor
ceramic
metallic
inner conductor
glow plug
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06805791A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Allgaier
Hans Peter Kasimirski
Hain Rainer
Graf Bernhard
Oliver Göb
Frassek Lutz
Johannes Hasenkamp
Jochen Hammer
Henning Von Watzdorf
Hans Houben
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Original Assignee
Beru AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beru AG filed Critical Beru AG
Publication of EP1926938A1 publication Critical patent/EP1926938A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06—Insulating conductors or cables
    • H01B13/08—Insulating conductors or cables by winding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing

Definitions

  • the invention relates to a composite electrical conductor, in particular for a glow plug for diesel engines.
  • a composite electrical conductor for a glow plug for diesel engines having the features of the preamble of claim 1 is known from DE 103 53 972 A1. It consists of an elongated ceramic inner conductor, an elongated ceramic outer conductor surrounding the ceramic inner conductor and an insulator arranged between the ceramic inner conductor and the ceramic outer conductor, which is likewise ceramic. Inner conductor, outer conductor and insulator are arranged coaxially with each other.
  • the composite conductor is powder metallurgically formed by coextrusion and subsequent sintering. It is further processed into ceramic glow plugs for use in glow plugs for diesel engines.
  • the conductor is divided into sections of predetermined length, provided at its one end, which later projects into the combustion chamber of the diesel engine, with a heating layer, which has a represents electrical heating resistor, which connects the ceramic inner conductor and the ceramic outer conductor at its front end together.
  • DE 40 28 859 A1 discloses a glow plug with a ceramic heater.
  • the ceramic heater does not have a coaxial ceramic conductor, but a U-shaped ceramic conductor whose two legs are insulated in the metallic housing of the glow plug, where put their ends in metallic caps, with which they are brazed.
  • the caps are in turn electrically connected to two leads, one of which is the housing of the glow plug and of which the other lead coaxially disposed in the housing and isolated at the rear end against the housing out of the housing.
  • the present invention has for its object to provide a way as a ceramic electrical conductor, in particular a composite electrical conductor consisting of an elongated ceramic inner conductor, an elongated ceramic outer conductor and an insulator arranged between them, inexpensively and reliably connected to electrical leads can be used, and in a way that it can be used at temperatures above 200 ° C, preferably in glow plugs for diesel engines.
  • a composite electrical conductor in which a ceramic conductor or conductor and a metallic conductor, at least one of which is elongate, is formed in such a way that the ceramic conductor and the metallic conductor extend over an obliquely to the longitudinal direction of the at least one elongate conductor Contact surface hard soldered together and thereby electrically conductive tend to be interconnected.
  • Conductor on which a brazing operation is to be performed, in an e- lectric induction loop, which is fed with alternating current and, above all, inductively heats the metallic conductor.
  • the heating of the contact surfaces by electrical induction can be carried out very efficiently and allows short cycle times, which are less than 30 seconds per soldering and up to
  • a composite electrical conductor in which the one conductor tapers at one end and the other conductor has a matching, tapered recess in which the tapered end of the one conductor is inserted.
  • wedge-shaped or conical taper of the one conductor and a matching wedge-shaped or conical recess of the other conductor.
  • the wedge shape can be formed by only two mutually inclined contact surfaces, but also by more than two obliquely extending to the longitudinal direction surfaces, which form the lateral surfaces of a pyramid with three or more than three sides.
  • the invention is also suitable for composite conductors, in which at least one of the conductors is surrounded by an electrical insulator, in particular by a ceramic insulator, on which the brazing material can extend to some extent, without taking it the isolation ability.
  • the invention is particularly advantageous for a composite conductor in which an elongate ceramic inner conductor is electrically conductively connected to an elongate metallic inner conductor and in which an elongated ceramic outer conductor surrounding the ceramic inner conductor is electrically conductively connected to an elongate metallic outer conductor, wherein between the ceramic inner conductor and the ceramic outer conductor an insulator is arranged. At least one of the two ceramic conductors and its metallic conductor making contact with each other are inserted into each other and provide a mutual electrical connection Contact over an obliquely to its longitudinal direction extending lateral surface and on an opposite, correspondingly inclined, inner surface forth, which are brazed together hard.
  • the self-centering of the at least one ceramic conductor and the metallic conductor to be connected to it and the connection over contact surfaces extending obliquely to its longitudinal direction results in self-centering in the manufacture of the composite conductor, which favors low manufacturing tolerances.
  • the invention makes possible, despite relatively large soldering surfaces, a compact construction of the composite electrical conductor, in particular when not only one but both ceramic conductors and their corresponding metallic conductors are inserted into one another and over lateral surfaces running obliquely to their longitudinal direction and above them opposite, correspondingly inclined inner surfaces, which are hard soldered together, make contact.
  • the metallic outer conductor surrounds the metallic inner conductor of which it is electrically insulated.
  • the metallic outer conductor surrounds the metallic inner conductor.
  • inner conductor should rather be expressed only that he continues the ceramic inner conductor. If the metallic outer conductor does not surround the metallic inner conductor, then instead it surrounds the outer ceramic conductor at least over part of its length and preferably only over part of its length.
  • the inner conductors and the outer conductors need not have a circular or circular cross-section.
  • the cross sections could also be oval, elliptical, rectangular or polygonal.
  • circular or annular cross-sections are preferred because that is particularly favorable for low-cost production.
  • the inner conductor and the outer conductor are expediently arranged coaxially with one another.
  • the contact-making lateral surfaces are preferably frustoconical surfaces. This makes it easiest to center the connectors and evenly distribute the solder in the annular gap between the contact surfaces thin.
  • Brazing alloys which connect metallic and ceramic components to one another are state of the art, in particular those based on silver.
  • the ceramic contact surface must first be metallized.
  • an active solder is used according to the invention. This has the advantage that one can save the step of metallizing the ceramic contact surface. Active solders do not flow on ceramics. The active solder is therefore arranged in the cold state between the hard to be soldered surfaces. Then the surfaces are compressed and the joint heated to the soldering temperature. As the solder melts, it is evenly distributed by squeezing the contact surface.
  • the wetting additives which have active solders, react with the ceramic surface, but also with oxygen and with nitrogen.
  • solder pads Due to the inventive design of the solder pads, however, air has little opportunity to penetrate to the heated solder, so that unlike usual soldering with active solders usual, soldering does not have to take place under a high-grade inert gas atmosphere or in a high vacuum.
  • a suitable active solder is the solder B-Ag72.5CulnTi 730/760 according to ISO 3677 with the following composition: 72.5% by weight of silver, 19.5% by weight of copper, 5% by weight of indium, 3% by weight. % Titanium.
  • This solder has a melting range of 730 ° C up to 750 ° C and a working temperature (soldering temperature) of about 850 ° C to 950 ° C.
  • the active solder foil has too little elasticity or no elasticity, it is in any case unwound by inserting the obliquely extending, preferably frustoconical surface of the associated other conductor into the recess in which the active solder foil is located, and between the two contact surfaces to be soldered together trapped. This allows a very rational way of working.
  • the angle formed by the contact surfaces to be soldered together with the longitudinal axis of the conductors is preferably less than 45 °.
  • Particularly preferred are contact surfaces in the form of very slim wedge or truncated cone surfaces with an angle between the contact surface and the longitudinal axis of the conductor less than 20 °, preferably only 5 ° to 15 °. This appears optimal in view of desirable large contact areas for small conductor cross-sections, in view of advantageous self-centering and the possibility of applying pressure to the solder between the contact surfaces and achieving a uniform solder distribution. In principle, it does not matter whether the surfaces to be soldered or lateral surfaces are provided on the ceramic conductors or on the metallic conductors.
  • the surfaces or lateral surfaces are soldered on one of the ceramic conductors, and in the case of a coaxially assembled conductor, on the outside of the ceramic outer conductor.
  • the second lateral surface to be soldered can then be located on the outside of the metallic inner conductor if a matching recess is provided in the ceramic inner conductor for this purpose.
  • the easiest way is to provide both to be soldered lateral surfaces on the ceramic conductors, wherein it is particularly preferred that the ceramic inner conductor, the ceramic outer conductor and preferably also the insulator separating them have a common frustoconical surface as a lateral surface, which is produced inexpensively by a uniform grinding process can be.
  • This embodiment of the invention furthermore has the advantage that the contact surface pairs through the conical surface of the insulator between the ceramic inner conductor and the ceramic outer conductor have a relatively large distance, which is the greater, the smaller the opening angle of the cone. Soldering out of the soldering gap during soldering, if necessary, will therefore not form an undesired electrical shunt between the two contact surface pairs.
  • the frustoconical inner surface of the ceramic inner conductor preferably continues into a short cylindrical blind hole which can accommodate any excess active solder.
  • the metallic inner conductor preferably has a waist in the vicinity of the connection point to the ceramic inner conductor. This reduces the bending strength of the metallic inner conductor and thereby favors the assembly of the composite conductor, because the ceramic inner conductor and the inner metal conductor can be centered more easily without the risk that the ceramic inner conductor breaks.
  • the metallic inner conductor and the metallic outer conductor are kept at a distance from each other by soldering to the ceramic inner conductor and to the ceramic outer conductor at the connecting parts.
  • the insulation between the metallic inner conductor and the metallic outer conductor is preferably carried out by air and - if necessary - in places by one or more, provided between the metallic outer conductor and the metallic inner conductor annular insulators.
  • Such an annular insulator not only has the advantage of providing the necessary electrical separation between the metallic inner conductor and the metallic outer conductor, but also makes it possible to non-positively connect the two metallic conductors by deforming the outer conductor in the region of the annular insulator , for example, crimps.
  • the composite conductor according to the invention is suitable for current feedthroughs, e.g. for sealing a metallic or ceramic conductor through a wall into a sealed housing used at higher temperatures.
  • the performed conductor can z. B. be soldered via a conical contact surface with a corresponding conical seat made of insulating ceramic. It is also suitable for ionization electrodes and for glow starters with a ceramic glow element, which are used in heating burners and in auxiliary heaters of automobiles.
  • the invention is also suitable for sensors with ceramic components for use at high temperatures, which are limited by the beginning of the melting interval of the solder.
  • Composite electrical conductors according to the invention can readily be used at temperatures up to 700 ° C.
  • the invention is particularly suitable for glow plugs for diesel engines.
  • Glow plugs have a metallic housing with an external thread, with which they are turned into a receiving bore of the diesel engine.
  • a glow plug is held in the housing, which protrudes beyond the metallic housing into the combustion chamber of the diesel engine.
  • a connecting cable electrically isolated from the housing, leads out of the housing.
  • the second terminal pole (ground terminal) is usually the housing itself.
  • the housing of the glow plug is the metallic outer conductor or a component of the metallic outer conductor of the composite electrical conductor according to the invention or continues the metallic outer conductor.
  • the housing is supplemented by a metallic sleeve, which is in the front end of the housing, which is the combustion chamber of the diesel engine faces.
  • This metallic sleeve should be a component of the metallic outer conductor of the composite electrical conductor according to the invention.
  • FIG. 1 shows a section of a composite conductor according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a section of the conductor from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a section of a composite conductor according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a composite conductor according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 5 shows an enlarged detail of the example shown in FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a fourth exemplary embodiment of a conductor according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 7 shows a fifth exemplary embodiment of a conductor according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 8 shows a first embodiment of a glow plug according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 9 shows a second exemplary embodiment of a glow plug according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 10 shows a third exemplary embodiment of a glow plug according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 11 shows a fourth exemplary embodiment of a glow plug according to the invention in a longitudinal section
  • Figure 12 shows a connection of a metallic conductor and an insulated ceramic conductor in longitudinal section
  • Figure 13 shows a sixth embodiment of a conductor according to the invention in a longitudinal section, suitable for a glow plug with ceramic glow plug, and
  • Figure 14 shows a seventh embodiment of a conductor according to the invention in a longitudinal section, suitable for a glow plug with ceramic glow plug.
  • Figures 1 and 2 show a composite conductor with a ceramic coaxial conductor 1, which in turn consists of a ceramic inner conductor 11, a ceramic outer conductor 13 and an arranged between them ceramic see insulator 12.
  • the ceramic outer conductor 13 is connected to a coaxially arranged metallic outer conductor 2 as an electrical supply line.
  • the ceramic inner conductor 11 is connected to a coaxial metallic inner conductor 3 as an electrical supply line.
  • the ceramic coaxial conductor 1 tapers conically towards its end.
  • a frustoconical surface 10 on the ceramic outer conductor 13 a frusto-conical lateral surface 14 and on the insulator 12, a frustoconical lateral surface 16 is formed, which merge seamlessly into one another.
  • the metallic inner conductor 3 has a matching recess 7 with a frusto-conical inner surface 8, which continues in a short cylindrical blind hole 9.
  • the metallic outer conductor 2 has a matching frusto-conical inner surface 15, which continues in a continuous cylindrical bore 17.
  • the half the opening angle of the frustoconical surfaces, i. the angle between the lateral surface of the cone and the longitudinal axis 37 is approximately 10 °.
  • solder layers 4 and 5 are drawn exaggerated in the drawings.
  • the arrangement is self-centering, stable and compact.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3 differs from the first exemplary embodiment in that, instead of a frustoconical lateral surface, the ceramic inner conductor 11 has a frustoconical inner surface 18, which continues into a short cylindrical blind hole 19. Accordingly, the metallic inner conductor 3 has a matching frustoconical lateral surface 20.
  • the metallic outer conductor 2 is thinner than in the first embodiment and formed over its length with a constant wall thickness, so that it is in its conical region both on its outside and on its inside - side is conical.
  • the insulator 12 is provided with a blunt end surface 21 which separates the two solder layers 4 and 5 from each other.
  • This embodiment has a greater mechanical stability than the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and does so at a smaller distance between the two solder layers 4 and 5.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 4 and 5 differs from the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 in that the metallic outer conductor 2 extends beyond the end of the ceramic inner conductor 11 and thereby also coaxially surrounds the metallic inner conductor 3.
  • an annular insulator 6 is provided between these two at some distance from the solder joints.
  • a waist 22 is provided in the metallic inner conductor 3, which reduces the bending strength of the metallic inner conductor 3 and the centering of the metallic inner conductor 3.
  • ters 3 and the ceramic inner conductor 11 facilitates each other.
  • the metallic coaxial outer conductor 2 shields the metallic inner conductor 3 and its connection point to the outside.
  • the fourth exemplary embodiment illustrated in FIG. 6 differs from the second exemplary embodiment shown in FIG. 3 in that the metallic outer conductor 2 extends from the connection point in the opposite direction and thereby coaxially surrounds the metallic inner conductor 3.
  • the metallic outer conductor 2 does not have a constant wall thickness; this is rather reduced by the conical recess provided in the connection region, which has led to the tapered inner surface 15.
  • the fifth exemplary embodiment of a composite conductor shown in FIG. 7 differs from the second exemplary embodiment shown in FIG. 3 in that the metallic outer conductor 2 is formed with a constant wall thickness and is extended beyond the connection region such that it not only surrounds the ceramic coaxial conductor 1 but also coaxially surrounds the metallic inner conductor 3.
  • FIG. 8 shows a glow plug which has a composite conductor according to the invention.
  • the glow plug has a metallic housing 24 having a head portion 25 with a tapered opening therein. At a distance from the head portion 25 is a thickened housing portion with an external thread 27. At the front, remote from the head portion 25 end of the housing 24 is a cylindrical opening 28, to which a conically tapered portion 29 connects.
  • a metallic sleeve 2 which continues into a conical section 2 a and coaxially surrounds a ceramic coaxial conductor 1, is inserted from the front into the cylindrical opening 28 and pressed into the conical section 29.
  • the ceramic coaxial conductor 1 protrudes beyond the front end of the sleeve 2 and is closed off by a heating element 30, which seals the ceramic Au.
  • Syncleiter 13 connects with the dashed lines in Figure 8 ceramic inner conductor 11.
  • the housing 24 In the conical portion 2a of the sleeve 2 is a solder joint between the ceramic outer conductor 13 and the metallic shell 2, which is a coaxial outer conductor of the composite conductor according to the invention.
  • the housing 24 By pressing the sleeve 2 into the housing 24, the housing 24 also assumes the function of a coaxial metallic outer conductor of a composite conductor according to the invention.
  • Coaxially in the interior of the housing 24 extends a rod-shaped metallic inner conductor 3, which is supported and guided approximately in the middle of the housing 24 by an annular insulator 6 and is supported and guided in the head part 25 by a further annular insulator 31.
  • annular insulator 31 Before the annular insulator 31 is located in the conical portion of the local housing opening 26 nor a closure piece 32, which closes together with the annular insulator 31, the rear end of the housing tightly.
  • a terminal pole 33 On the rear end of the metallic inner conductor 3, a terminal pole 33 is fixed, which is electrically insulated from the housing 24 by the annular insulator 31.
  • a waist 22 is located in the metallic inner conductor 3, a waist 22, whose function has already been described above.
  • the metallic inner conductor 3 and the inner wall of the housing 24 are roughened or provided with a corrugation or with a rim 34 or 35, which are to favor the tight fit of the annular insulator 6 in the housing 24.
  • the housing 24 can be additionally deformed at the point 36, for example by crimping something be pressed. This ensures that the metallic inner conductor 3 during Removing a connector plug from the terminal 33 is not pulled out of the housing 34.
  • connection between the ceramic coaxial conductor 1 and the two metallic conductors 2 and 3 is realized in principle as shown in FIG.
  • the glow plug shown in FIG. 9 differs from the glow plug shown in FIG. 8 in that a separation point 3a is provided in the metallic inner conductor 3, by means of which it is subdivided into two sections 3b and 3c.
  • the separator 3a is located between the ceramic inner conductor 11 and the annular insulator 6. This makes it possible to provide an arrangement of the ceramic coaxial conductor 1, the metallic sleeve 2 as outer conductor and the portion 3b of the metallic inner conductor as a standard component for different Prefabricate embodiments of glow plugs and combine with different housings 24 and different sections 3 c of the metallic outer conductor 3.
  • the two sections 3a and 3b can be soldered or welded together after assembling the composite conductor according to the invention.
  • FIG. 10 A further rationalization is enabled by the embodiment illustrated in FIG. 10, which differs from the exemplary embodiment illustrated in FIG. 9 in that the housing 24 also has a transverse separation point 24a, by means of which it divides into a front section 24b and a rear section 24c is.
  • This embodiment has the advantage that not only the composite conductor formed of the ceramic coaxial conductor 1, of the sleeve 2 as outer conductor and of the portion 3b of the metallic inner conductor can be prefabricated in standard dimensions, but also the front portion 24c of the housing, in which the standard pre-assembled composite ladder is already pre-assembled.
  • Such a standardized front part of the glow plug can be rationally combined with differently configured rear glow plug sections.
  • the ceramic coaxial conductor 1 is first soldered to the sleeve 2 as a metallic outer conductor and to the portion 3b of the metallic inner conductor in accordance with the invention, and then connected to the front portion 24b of the housing. Thereafter, the front portion 24b of the housing is deformed at the location 36 and presses the annular insulator 6 against the portion 3b of the metallic inner conductor. Next, the rear portion 3c is attached to the front portion 3b of the metallic inner conductor. When this is done, the rear portion 24c is attached to the front portion 24b of the housing 24, and finally, the shutter 32, the annular insulator 31, and the terminal pole 33 are mounted.
  • Figure 12 shows a composite conductor consisting of an elongate ceramic conductor 41 embedded in a ceramic insulator 40 which surrounds it in the form of a jacket and an elongate metallic conductor 33 which may be a terminal pole.
  • the metallic conductor 33 has at its end a contact surface 38.
  • the ceramic conductor 41 has at its end a contact surface 39. Both contact surfaces 38 and 39 extend at an acute angle of z. B. 10 ° to the longitudinal axis of the conductors 33 and 41.
  • the contact surface 39 of the ceramic conductor 41 continued into an aligned with her oblique surface of the ceramic insulator 40. Between the two contact surfaces 38 and 39 is a brazing layer 4, which covers the entire contact surface 38 of the metallic conductor.
  • the brazing layer 4 Since the contact surface 38 is larger than the contact surface 39 of the ceramic conductor 41, the brazing layer 4 not only completely covers the contact surface 39 of the ceramic conductor 41 but also a part of the adjoining oblique surface of the insulator 40. The brazing layer 4 is excessively thick shown.
  • the two conductors can be advanced against each other until their contact surfaces 38 and 39 with the interposition of a brazing foil 4 with pressure against each other.
  • the two sleeves are arranged at such a distance from each other that they leave the area of the contact surfaces 38 and 39 free. After the soldering operation, the composite conductor can be pulled out of the sleeves through the larger of the two sleeves.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 13 shows two parallel ceramic conductors 41 and 42, which are embedded in an insulator 40 surrounding them. Both ceramic conductors 41 and 42 are provided with an obliquely to their longitudinal axis extending contact surface 39 and 44, which continues in each case in an aligned with them inclined surface of the insulator 40.
  • the contact surfaces 39 and 44 intersect the longitudinal axis of the ceramic conductors 41 and 42 at an acute angle of z. B. 10 ° and together form a wedge-shaped arrangement.
  • the contact surfaces 39 and 44 are brazed hard, in each case with a metallic conductor 33 or 45, which have contact surfaces 43 extending in the same way.
  • the connecting brazing layer 4 is shown exaggeratedly thick and extends over the contact surfaces and a part of the adjoining inclined surfaces of the insulator 40.
  • the two metallic conductors 33 and 45 can be used in a jig, e.g. As in a cross-sectionally U-shaped rail, hold and introduce the wedge-shaped tapered end of the arrangement of the two ceramic conductors 41 and 42 and its insulator 40 in the wedge-shaped gap between the two metallic conductors 33 and 45 until the two side contact surfaces with interposition of a solder foil 4 with pressure against each other. After the brazing process, the z. If, for example, inductively, the combined taken from the teaching.
  • the composite conductor shown in Figure 13 is suitable for a glow plug with a ceramic heating resistor in a non-coaxial arrangement of the conductors.
  • the embodiment shown in Figure 14 shows a ceramic glow plug for a glow plug, which consists of a U-shaped ceramic electrical heating conductor 48 and a ceramic insulator 49, in which the heating conductor 48 is embedded.
  • the glow plug is conically formed at its end facing away from the combustion chamber.
  • the one leg of the ceramic heating conductor 48 leads in a straight path to the conical surface 50 of the glow plug and forms there a first contact surface 51.
  • the other leg of the U-shaped ceramic heating element 48 has an angled end and ends to form a second contact surface 52 at one point the cone surface 50, which has a greater distance from the tip of the cone surface 50 than the first contact surface 51.
  • the second contact surface 52 is soldered to a metallic sleeve 47, which forms part of the metallic housing of a glow plug or is connected and in operation Ground potential is.
  • the first contact surface 51 is connected to an elongated metallic conductor 46, which is tubular and widens conically at its one end, with a cone angle which coincides with the cone angle of the glow plug.
  • the metallic conductor 46 leads the positive potential from the electrical system of the vehicle with diesel engine.
  • brazing foil 4 is inserted into the conical opening of the metallic shell 47 and abuts against its conical contact surface 54.
  • Another coiled portion of brazing foil 5 is inserted into the tubular metallic conductor 46 and abuts against its conical contact surface 53.
  • glow plugs are suitable as ceramic materials alumina, zirconia, silicon carbide and silicon nitride.
  • metallic materials are z.
  • steels (15 and 11 S Mn Pb 30 and Inconel.
  • the invention enables an inexpensive, suitable for mass production of glow plugs with ceramic glow plug, which are characterized by a long life.
  • the ceramic glow pins can be tested immediately after soldering with their metallic leads.
  • the ceramic glow pins can be manufactured as standard parts in stock. The final assembly can then be done at another location at a different time. The assignment to the customer order with different rear sections only takes place during the final assembly of the glow plug.

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Abstract

Beschrieben wird ein Zusammengesetzter elektrischer Leiter mit einem metallischen Leiter und mit einem keramischen Leiter oder Nichtleiter, von denen wenigstens einer länglich ist und welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der keramische Leiter (11) oder Nichtleiter und der metallische Leiter (3) über eine schräg zur Längsrichtung (37) des wenigstens einen länglichen Leiters (3, 11) verlaufende Kontaktfläche miteinander hart verlötet sind.

Description

BE09E045WO_A003/TW/wh/13.09.06
BERU Aktiengesellschaft, Mörikestrasse 155, D-71636 Ludwigsburg
Zusammengesetzter Leiter, insbesondere für Glühkerzen für Dieselmotoren
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen zusammengesetzten elektrischen Leiter, insbesondere für eine Glühkerze für Dieselmotoren. Ein zusammengesetzter elektrischer Leiter für eine Glühkerze für Dieselmotoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 103 53 972 A1 bekannt. Er besteht aus einem länglichen keramischen Innenleiter, einem den keramischen Innenleiter umgebenden länglichen keramischen Außenleiter und einem zwischen dem keramischen Innenleiter und dem keramischen Außenleiter angeordneten Isolator, welcher ebenfalls keramisch ist. Innenleiter, Außenleiter und Isolator sind koaxial zueinander angeordnet. Der zusammengesetzte Leiter wird pulvermetallurgisch durch Koextrusion und anschließendes Sintern gebildet. Er wird zu keramischen Glühstiften zur Verwendung in Glühkerzen für Dieselmotoren weiterverarbeitet. Dazu wird der Leiter in Abschnitte mit vorbestimmter Länge unterteilt, an seinem einen Ende, welches später in die Brennkammer des Dieselmotors ragt, mit einer Heizschicht versehen, welche einen elektrischen Heizwiderstand darstellt, welcher den keramischen Innenleiter und den keramischen Außenleiter an ihrem vorderen Ende miteinander verbindet.
Im Zuge der Herstellung einer Glühkerze müssen der keramische Innenleiter und der keramische Außenleiter elektrisch leitend mit metallischen Zuleitungen verbunden werden. Wie das erfolgen soll, ist in der DE 103 53 972 A1 nicht offenbart.
Die DE 40 28 859 A1 offenbart eine Glühkerze mit einer keramischen Heizeinrichtung. Die keramische Heizeinrichtung hat jedoch keinen koaxialen keramischen Lei- ter, sondern einen U-förmigen keramischen Leiter, dessen beide Schenkel isoliert in das metallische Gehäuse der Glühkerze geführt sind, wo ihre Enden in metallischen Kappen stecken, mit denen sie hart verlötet sind. Die Kappen sind ihrerseits elektrisch mit zwei Zuleitungen verbunden, von denen eine das Gehäuse der Glühkerze ist und von denen die andere Zuleitung koaxial im Gehäuse angeordnet und am rückwärtigen Ende gegen das Gehäuse isoliert aus dem Gehäuse herausgeführt ist.
Die aus der DE 40 28 859 A1 bekannte Art und Weise, die keramischen Leiter mit metallischen Zuleitungen zu verbinden, ist auf einen keramischen Leiter in koaxialer Bauart, wie er aus der DE 103 53 972 A1 bekannt ist, nicht anwendbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie ein keramischer elektrischer Leiter, insbesondere ein zusammengesetzter elektrischer Leiter, der aus einem länglichen keramischen Innenleiter, einem länglichen keramischen Außenleiter und einem zwischen ihnen angeordneten Isolator besteht, preiswert und zuverlässig mit elektrischen Zuleitungen verbunden werden kann, und zwar auf eine Art und Weise, dass er bei Temperaturen über 200° C eingesetzt werden kann, vorzugsweise auch in Glühkerzen für Dieselmotoren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen zusammengesetzten elektrischen Leiter mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen eines solchen zusammengesetzten elektrischen Leiters ist in den Patentansprüchen 29 bis 31 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein zusammengesetzter elektrischer Leiter, in welchem ein keramischer Leiter oder Nichtleiter und ein metallischer Leiter, von denen wenigstens einer länglich ist, auf die Weise gebildet, dass der keramische Leiter und der metallische Leiter über eine schräg zur Längsrichtung des wenigstens einen länglichen Leiters verlaufende Kontaktfläche hart miteinander verlötet und dadurch elektrisch lei- tend miteinander verbunden sind.
Das hat wesentliche Vorteile:
• Durch die Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen dem keramischen Leiter oder Nichtleiter und dem metallischen Leiter über eine schräg zu der
Längsrichtung verlaufende Kontaktfläche erzielt man selbst bei kleinen Leiterquerschnitten eine verhältnismäßig große Kontaktfläche, welche einen niedrigen Kontaktübergangswiderstand und eine hinreichend feste, dauerhafte Lötverbindung ermöglicht. • Dadurch, dass die Kontaktflächen nicht rechtwinklig, sondern schräg zur
Längsachse des wenigstens einen länglichen Leiters verlaufen, ist es nicht nur möglich, die für das Löten erforderliche Wärme durch Stromfluss durch die zu verbindenden Leiter zu erzeugen, sondern es ist auch möglich, die Wärme berührungslos von außen zuzuführen, nämlich durch induktives Er- wärmen der Leiter. Dazu ordnet man den zusammengesetzten elektrischen
Leiter, an welchem ein Hartlötvorgang durchgeführt werden soll, in einer e- lektrischen Induktionsschleife an, welche mit Wechselstrom gespeist wird und vor allem den metallischen Leiter induktiv erhitzt. Das Erhitzen der Kontaktflächen durch elektrische Induktion lässt sich sehr rationell durchführen und er- laubt kurze Taktzeiten, die jdenfalls unter 30 s je Lötung betragen und bis auf
Taktzeiten von wenigen Sekunden je Lötung verringert werden können. • Die Erfindung ermöglicht trotz verhältnismäßig großer Lötflächen einen kompakten Aufbau des zusammengesetzten elektrischen Leiters.
Besonders vorteilhaft ist ein zusammengesetzter elektrischer Leiter, bei welchem sich der eine Leiter an seinem einen Ende verjüngt und der andere Leiter eine dazu passende, sich verjüngende Ausnehmung hat, in welcher das sich verjüngende Ende des einen Leiters steckt. Dadurch erzielt man bei der Herstellung des zusammengesetzten Leiters eine Selbstzentrierung, die geringe Fertigungstoleranzen begünstigt, kann die Kontaktflächen aufeinander drücken und erschwert während des Lötens einen unerwünschten Zutritt von Luft zum Lot.
Besonders günstig ist eine keilförmige oder konische Verjüngung des einen Leiters und eine dazu passend keilförmige oder konische Ausnehmung des anderen Leiters. Die Keilform kann durch lediglich zwei gegeneinander geneigte Kontaktflächen ge- bildet sein, aber auch durch mehr als zwei schräg zu der Längsrichtung verlaufende Flächen, welche die Mantelflächen einer Pyramide mit drei oder mehr als drei Seiten bilden.
Die Erfindung eignet sich auch für zusammengesetzte Leiter, in denen wenigstens einer der Leiter von einem elektrischen Isolator umgeben ist, insbesondere von einem keramischen Isolator, auf welchen sich das Hartlot ein Stück weit erstrecken kann, ohne ihm die Isolationsfähigkeit zu nehmen.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für einen zusammengesetzten Leiter, in wel- chem ein länglicher keramischer Innenleiter mit einem länglichen metallischen Innenleiter elektrisch leitend verbunden ist und in welchem ein den keramischen Innenleiter umgebender länglicher keramischer Außenleiter mit einem länglichen metallischen Außenleiter elektrisch leitend verbunden ist, wobei zwischen dem keramischen Innenleiter und dem keramischen Außenleiter ein Isolator angeordnet ist. We- nigstens einer der beiden keramischen Leiter und sein mit ihm Kontakt machender metallischer Leiter stecken ineinander und stellen einen gegenseitigen elektrischen Kontakt über eine schräg zu ihrer Längsrichtung verlaufende Mantelfläche und über eine ihr gegenüberliegende, entsprechend schräg verlaufende, Innenfläche her, welche miteinander hart verlötet sind.
Das hat wesentliche Vorteile:
• Durch die Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen dem wenigstens einen keramischen Leiter und dem metallischen Leiter jeweils über eine schräg zu ihrer Längsrichtung verlaufende Fläche, insbesondere über eine Mantelfläche und eine ihr gegenüberliegende entsprechend schräg verlaufende Innenfläche erzielt man selbst bei kleinen Leiterquerschnitten eine verhältnismäßig große Kontaktfläche, welche einen niedrigen Kontaktübergangswiderstand und eine hinreichend feste, dauerhafte Lötverbindung ermöglicht.
• Durch das Ineinanderstecken des wenigstens einen keramischen Leiters und des mit ihm zu verbindenden metallischen Leiters und durch das Verbinden über schräg zu ihrer Längsrichtung verlaufende Kontaktflächen erzielt man bei der Herstellung des zusammengesetzten Leiters eine Selbstzentrierung, die geringe Fertigungstoleranzen begünstigt.
• Durch das Ineinanderstecken des wenigstens einen keramischen Leiters und des mit ihm zu verbindenden metallischen Leiters über schräg zu ihrer Längsrichtung verlaufende Flächen, ergibt sich eine einfache Möglichkeit, die miteinander zu verbindenden Leiter während des Lötens ineinander zu drücken, wodurch das Lot auf die Kontaktflächen gedrückt wird. Das hat die weiteren Vorteile, dass das Lot die beiden Kontaktflächen sicher benetzt und die Dicke der Lotschicht auf ein Minimum begrenzt werden kann. Ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Lotes, welcher von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des keramischen Leiters und des metallischen Leiters verschieden sein kann, wirkt sich nicht nachteilig auf die Haltbarkeit der Lötverbindung aus, vielmehr verhält sich das Lot zwischen den Kontaktflächen wie eine dünne, duktile Ausgleichsschicht.
• Das Ineinanderstecken des wenigstens einen keramischen Leiters und des mit ihm zu verbindenden metallischen Leiters und das Verbinden über Schrägfläche, insbesondere über eine schräge Mantelfläche und über eine ihr gegenüber liegende, entsprechend schräge Innenfläche erschweren während des Lötens einen unerwünschten Zutritt von Luft zum Lot, so dass dieses in erwünschter Weise nicht mit der Luft, wohl aber mit den beiden miteinander zu verbindenden Kontaktflächen reagiert.
• Die Erfindung ermöglicht trotz verhältnismäßig großer Lötflächen einen kompakten Aufbau des zusammengesetzten elektrischen Leiters, und zwar insbesondere dann, wenn nicht nur einer, sondern beide keramische Leiter und ih- re entsprechenden metallischen Leiter ineinander stecken und über schräg zu ihrer Längsrichtung verlaufende Mantelflächen und über ihnen gegenüberliegende, entsprechend schräg verlaufende Innenflächen, welche hart miteinander verlötet sind, Kontakt machen.
Vorzugsweise umgibt der metallische Außenleiter den metallischen Innenleiter, von dem er elektrisch isoliert ist. Es ist jedoch nicht zwingend, dass der metallische Außenleiter den metallischen Innenleiter umgibt. Durch die Bezeichnung des metallischen Innenleiters als "Innenleiter" soll vielmehr nur zum Ausdruck gebracht werden, dass er den keramischen Innenleiter fortsetzt. Wenn der metallische Außenleiter nicht den metallischen Innenleiter umgibt, dann umgibt er stattdessen den keramischen Außenleiter zumindest auf einem Teil von dessen Länge und bevorzugt nur auf einem Teil von dessen Länge.
Die Innenleiter und die Außenleiter müssen keinen kreisförmigen bzw. keinen kreis- ringförmigen Querschnitt aufweisen. Die Querschnitte könnten auch oval, elliptisch, rechteckig oder vieleckig ausgebildet sein. Bevorzugt sind jedoch kreisförmige bzw. kreisringförmige Querschnitte, weil das für eine preiswerte Fertigung besonders günstig ist. In diesem Fall sind die Innenleiter und die Außenleiter zweckmäßigerweise koaxial zueinander angeordnet.
Die den Kontakt machenden Mantelflächen sind vorzugsweise Kegelstumpfflächen. Das macht es am einfachsten, die Steckverbindungen zu zentrieren und das Lot im Ringspalt zwischen den Kontaktflächen gleichmäßig dünn zu verteilen.
Hartlote, welche metallische und keramische Bauteile miteinander verbinden wer- den, sind Stand der Technik, insbesondere solche auf Silberbasis. Beim Arbeiten mit Standard-Silberhartloten ist die keramische Kontaktfläche zuvor zu metallisieren. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß jedoch ein Aktivlot eingesetzt. Das hat den Vorteil, dass man den Schritt des Metallisierens der keramischen Kontaktfläche einsparen kann. Aktivlote fließen auf Keramik nicht. Das Aktivlot wird deshalb in kaltem Zustand zwischen den hart mit einander zu verlötenden Flächen angeordnet. Dann werden die Flächen zusammengedrückt und die Verbindungsstelle auf die Löttemperatur erwärmt. Wenn das Lot schmilzt, wird es durch das Zusammendrücken der Kontaktfläche gleichmäßig verteilt. Die Benetzungszusätze, welche aktive Lote haben, reagieren mit der keramischen Oberfläche, aber auch mit Sauerstoff und mit Stickstoff. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lötflächen hat Luft jedoch kaum Gelegenheit, zum erhitzten Lot vorzudringen, so dass anders als sonst beim Löten mit Aktivloten üblich, das Löten nicht unter einer hochwertigen Schutzgasatmosphäre oder im Hochvakuum stattfinden muss.
Ein geeignetes Aktivlot ist das Lot B-Ag72,5CulnTi 730/760 nach ISO 3677 mit folgender Zusammensetzung: 72,5 Gew.-% Silber, 19,5 Gew.-% Kupfer, 5 Gew.-% Indium, 3 Gew.-% Titan. Dieses Lot hat einen Schmelzbereich von 730° C bis zu 750° C und eine Arbeitstemperatur (Löttemperatur) von ca. 850° C bis 950° C.
Um das Aktivlot auf eine der miteinander zu verbindenden Kontaktflächen aufzubringen, könnte man aus dem Aktivlot Formteile herstellen, die die Gestalt des Mantels eines Kegelstumpfes haben. Das Herstellen derartiger Formteile wäre jedoch aufwendig. Bevorzugt wird das Verwenden einer aus dem Aktivlot hergestellten Folie, welche von der Rolle verarbeitet werden kann. Ein einzelner Abschnitt der Aktivlotfo- lie wird kegelig aufgewickelt und in die Ausnehmung eines der Leiter gesteckt, welche durch eine zu lötende Innenfläche begrenzt wird, welche vorzugsweise kegel- stumpfförmig ausgebildet ist. In dieser Ausnehmung kann sich die Aktivlotfolie, soweit sie eine Elastizität aufweist, selbsttätig abwickeln, bis sie der zu lötenden Innenfläche anliegt. Sollte die Aktivlotfolie zu wenig Elastizität oder gar keine Elastizität aufweisen, wird sie jedenfalls durch Einstecken der schräg verlaufenden, vorzugs- weise kegelstumpfförmigen Mantelfläche des zugehörigen anderen Leiters in die Ausnehmung, in welcher sich die Aktivlotfolie befindet, abgewickelt und zwischen den beiden miteinander zu verlötenden Kontaktflächen eingeklemmt. Das erlaubt eine sehr rationelle Arbeitsweise.
Der Winkel, den die miteinander zu verlötenden Kontaktflächen mit der Längsachse der Leiter bilden, ist vorzugsweise kleiner als 45°. Besonders bevorzugt sind Kontaktflächen in Gestalt von sehr schlanken Keil- oder Kegelstumpfflächen mit einem Winkel zwischen der Kontaktfläche und der Längsachse der Leiter kleiner als 20°, vorzugsweise nur 5° bis 15°. Das erscheint im Hinblick auf erwünschte große Kon- taktflächen bei kleinen Leiterquerschnitten, im Hinblick auf eine vorteilhafte Selbstzentrierung und die Möglichkeit, auf das Lot zwischen den Kontaktflächen Druck auszuüben und eine gleichmäßige Lotverteilung zu erreichen, als optimal. Grundsätzlich ist es egal, ob die zu verlötenden Flächen bzw. Mantelflächen auf den keramischen Leitern oder auf den metallischen Leitern vorgesehen sind. Bevorzugt ist es, wenigstens eine der zu lötenden Flächen bzw. Mantelflächen auf einem der keramischen Leiter vorzusehen, und bei einem koaxial zusammengesetzten Leiter zwar auf der Außenseite des keramischen Außenleiters. Die zweite zu lötende Mantelfläche kann sich dann auf der Außenseite des metallischen Innenleiters befinden, wenn dafür im keramischen Innenleiter eine dazu passende Ausnehmung vorgese- hen ist. Am einfachsten ist es, beide zu lötende Mantelflächen auf den keramischen Leitern vorzusehen, wobei es besonders bevorzugt ist, dass der keramische Innenleiter, der keramische Außenleiter und vorzugsweise auch der sie trennende Isolator eine gemeinsame Kegelstumpffläche als Mantelfläche haben, die durch einen einheitlichen Schleifvorgang kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Ausführungsform der Erfindung hat darüber hinaus den Vorteil, dass die bei- den Kontaktflächenpaare durch die kegelige Oberfläche des Isolators zwischen dem keramischen Innenleiter und dem keramischen Außenleiter einen verhältnismäßig großen Abstand haben, der um so größer ist, je kleiner der Öffnungswinkel des Kegels ist. Beim Lötvorgang ggf. aus dem Lötspalt herausquillendes Lot wird deshalb keinen unerwünschten elektrischen Nebenschluss zwischen den beiden Kontaktflächenpaaren bilden.
Die Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine der zu lötenden Mantelflächen auf der Außenseite des keramischen Außenleiters und die andere zu lötende kera- mische Mantelfläche auf der Außenseite des metallischen Innenleiters liegt, verspricht eine höhere mechanische Stabilität der Verbindungsstelle, birgt jedoch eine etwas höhere Gefahr einer elektrischen Nebenschlussbildung als Folge von überquellendem Lot, die allerdings vorzugsweise dadurch begrenzt werden kann, dass man für den Isolator, welcher den keramischen Innenleiter vom keramischen Außen- leiter trennt, eine stumpfe Endfäche vorsieht.
Bei derselben Ausführungsform der Erfindung setzt sich die kegelstumpfförmige Innenfläche des keramischen Innenleiters vorzugsweise in ein kurzes zylindrisches Sackloch fort, welches einen etwaigen Überschuss an Aktivlot aufnehmen kann.
Der metallische Innenleiter hat in der Nachbarschaft der Verbindungsstelle zum keramischen Innenleiter vorzugsweise eine Taille. Diese verringert die Biegefestigkeit des metallischen Innenleiters und begünstigt dadurch die Montage des zusammengesetzten Leiters, weil der keramische Innenleiter und der metallische Innenleiter leichter aufeinander zentriert werden können, ohne die Gefahr, dass der keramische Innenleiter bricht.
Der metallische Innenleiter und der metallische Außenleiter sind durch das Verlöten mit dem keramischen Innenleiter und mit dem keramischen Außenleiter an der Ver- bindungssteile auf Abstand gehalten. Die Isolierung zwischen dem metallischen Innenleiter und dem metallischen Außenleiter erfolgt vorzugsweise durch Luft und - wenn nötig - stellenweise durch eine oder mehrere, zwischen dem metallischen Außenleiter und dem metallischen Innenleiter vorgesehene ringförmige Isolatoren. Ein solcher ringförmiger Isolator hat nicht nur den Vorteil, die nötige elektrische Trennung zwischen dem metallischen Innenleiter und dem metallischen Außenleiter zu schaffen, sondern macht es auch möglich, die beiden metallischen Leiter kraftschlüssig miteinander zu verbinden, indem man den Außenleiter im Bereich des ringförmigen Isolators verformt, zum Beispiel krimpt.
Der erfindungsgemäße zusammengesetzte Leiter eignet sich für Stromdurchführun- gen, z.B. zum dichten Durchführen eines metallischen oder keramischen Leiters durch eine Wand hindurch in ein dichtes Gehäuse, das bei höheren Temperaturen eingesetzt wird. Der durchgeführte Leiter kann z. B. über eine konische Kontaktfläche mit einer entsprechenden konischen Sitzfläche aus isolierender Keramik verlötet sein. Er eignet sich auch für lonisationselektroden und für Glühzünder mit kerami- schem Glühelement, welche in Heizungsbrennern und in Standheizungen von Automobilen Verwendung finden. Die Erfindung eignet sich auch für Sensoren mit keramischen Bauteilen für den Einsatz bei hohen Temperaturen, welche durch den Beginn des Schmelzintervalls des Lotes begrenzt sind. Erfindungsgemäße zusammengesetzte elektrische Leiter können ohne weiteres bei Temperaturen bis zu 700° C eingesetzt werden.
Besonders geeignet ist die Erfindung für Glühkerzen für Dieselmotoren. Glühkerzen haben ein metallisches Gehäuse mit einem Außengewinde, mit welchem sie in eine Aufnahmebohrung des Dieselmotors gedreht werden. In dem Gehäuse ist ein Glüh- stift gehalten, welcher über das metallische Gehäuse hinaus in die Brennkammer des Dieselmotors ragt. Rückseitig führt eine Anschlussleitung, gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert, aus dem Gehäuse heraus. Als zweiter Anschlußpol (Massepol) dient üblicherweise das Gehäuse selbst.
Wird ein erfindungsgemäß zusammengesetzter koaxialer Leiter für eine solche Glühkerze verwendet, dann ist das Gehäuse der Glühkerze der metallische Außenleiter oder ein Bestandteil des metallischen Außenleiters des erfindungsgemäßen zusammengesetzten elektrischen Leiters oder setzt den metallischen Außenleiter fort. Vorzugsweise wird das Gehäuse ergänzt um eine metallische Hülse, welche im vorderen Ende des Gehäuses steckt, welches der Brennkammer des Dieselmotors zuge- wandt ist. Diese metallische Hülse soll ein Bestandteil des metallischen Außenleiters des erfindungsgemäßen zusammengesetzten elektrischen Leiters sein. Die Lötverbindungen des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Leiters werden zweckmäßigerweise hergestellt, bevor der zusammengesetzte elektrische Leiter in das Gehäuse der Glühkerze eingesetzt wird. Das erleichtert die Herstellung der Glühkerze. Sind die Lötverbindungen hergestellt, führt man die metallische Hülse vom vorderen Ende her in das Gehäuse der Glühkerze ein und legt sie darin fest, am einfachsten durch Einpressen. Die Hülse steht dann ein Stück weit über das vordere Ende des Gehäuses der Glühkerze vor und der keramische Innenleiter und der keramische Außenleiter stehen ihrerseits über das vordere Ende der metallischen Hülse vor und sind an ihrer Spitze durch ein keramisches Heizelement miteinander verbunden, welches z.B. auf die in der DE 103 53 972 A1 offenbarte Art und Weise gebildet sein kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen zusammengesetzten Leiters in einem Längsschnitt,
Figur 2 zeigt vergrößert einen Abschnitt des Leiters aus Figur 1 ,
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen zusammengesetzten Leiters in einem Längsschnitt,
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen zusammengesetzten Leiters in einem Längsschnitt, Figur 5 zeigt vergrößert einen Ausschnitt aus dem in Figur 4 dargestellten Beispiel,
Figur 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leiters in einem Längsschnitt,
Figur 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leiters in einem Längsschnitt,
Figur 8 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze in einem Längsschnitt,
Figur 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze in einem Längsschnitt,
Figur 10 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze in einem Längsschnitt,
Figur 11 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze in einem Längsschnitt,
Figur 12 zeigt eine Verbindung eines metallischen Leiters und eines isolierten keramischen Leiters im Längsschnitt,
Figur 13 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leiters in einem Längsschnitt, geeignet für eine Glühkerze mit keramischem Glühstift, und
Figur 14 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leiters in einem Längsschnitt, geeignet für eine Glühkerze mit keramischem Glühstift.
In den verschiedenen Beispielen sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet. Die Figuren 1 und 2 zeigen einen zusammengesetzten Leiter mit einem keramischen koaxialen Leiter 1 , der seinerseits aus einem keramischen Innenleiter 11 , einem keramischen Außenleiter 13 und aus einem zwischen ihnen angeordneten kerami- sehen Isolator 12 besteht. Der keramische Außenleiter 13 ist mit einem koaxial dazu angeordneten metallischen Außenleiter 2 als elektrischer Zuleitung verbunden. Der keramische Innenleiter 11 ist mit einem dazu koaxialen metallischen Innenleiter 3 als elektrischer Zuleitung verbunden.
Der keramische koaxiale Leiter 1 verjüngt sich zu seinem Ende hin konisch. Dadurch sind auf dem keramischen Innenleiter 11 eine kegelstumpfförmige Mantelfläche 10, auf dem keramischen Außenleiter 13 eine kegelstumpfförmige Mantelfläche 14 und auf dem Isolator 12 eine kegelstumpfförmige Mantelfläche 16 gebildet, welche nahtlos ineinander übergehen. Der metallische Innenleiter 3 hat eine dazu passende Ausnehmung 7 mit einer kegelstumpfförmigen Innenfläche 8, welche sich in ein kurzes zylindrisches Sackloch 9 fortsetzt. Der metallische Außenleiter 2 hat eine dazu passende kegelstumpfförmige Innenfläche 15, welche sich in eine durchgehende zylindrische Bohrung 17 fortsetzt. Der halbe Öffnungswinkel der Kegelstumpfflächen, d.h. der Winkel zwischen der Mantelfläche des Kegels und der Längsachse 37, be- trägt ca. 10°.
Bevor der metallische Außenleiter 2 auf den keramischen Außenleiter 13 und der metallische Innenleiter 3 auf den keramischen Innenleiter 11 gesteckt wird, werden in die kegelige Ausnehmung 7 des metallischen Innenleiters 3 und in die kegelige Ausnehmung des metallischen Außenleiters 2 jeweils eine konisch aufgewickelte Aktivlotfolie gesteckt. Diese wird durch Einstecken des keramischen koaxialen Leiters 1 jeweils aufgedreht und eingeklemmt. Nach dem Erhitzen auf seine Arbeitstemperatur verteilt sich das Aktivlot gleichmäßig dünn in den konischen Lötspalten und verbindet die metallischen Leiter 2 und 3 mit den keramischen Leitern 12 bzw. 11 über eine großflächige, aber dünne Lotschicht 4 bzw. 5, zwischen welchen über die kegelstumpfförmige Mantelfläche 16 auf dem Isolator 12 ein Abstand besteht, der groß genug ist, um einen unerwünschten elektrischen Nebenschluss zwischen den beiden Lotschichten 4 und 5 zu verhindern. Die Lotschichten 4 und 5 sind in den Zeichnungen übertrieben dick gezeichnet.
Die Anordnung ist selbst zentrierend, stabil und kompakt.
Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass der keramische Innenleiter 11 anstelle einer kegel- stumpfförmigen Mantelfläche eine kegelstumpfförmige Innenfläche 18 hat, welche sich in ein kurzes zylindrisches Sackloch 19 fortsetzt. Demgemäß hat der metallische Innenleiter 3 eine dazu passende kegelstumpfförmige Mantelfläche 20. Der metallische Außenleiter 2 ist dünner ausgebildet als im ersten Ausführungsbeispiel und über seine Länge mit gleich bleibender Wandstärke ausgebildet, so dass er in seinem konischen Bereich sowohl auf seiner Außenseite als auch auf seiner Innen- seite konisch ist. Der Isolator 12 ist mit einer stumpfen Endfläche 21 versehen, welche die beiden Lotschichten 4 und 5 voneinander trennt.
Diese Ausführungsform hat eine größere mechanische Stabilität als die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsform und erkauft das mit einem geringeren Ab- stand zwischen den beiden Lotschichten 4 und 5.
Das in den Figuren 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass der metallische Außenleiter 2 über das Ende des keramischen Innenleiters 11 hinaus verlän- gert ist und dadurch auch den metallischen Innenleiter 3 koaxial umschließt. Um angesichts dieser Verlängerung die elektrische Trennung zwischen dem metallischen Außenleiter 2 und dem metallischen Innenleiter 3 zu gewährleisten, ist zwischen diesen beiden in einigem Abstand von den Lötstellen ein ringförmiger Isolator 6 vorgesehen. Zwischen diesem und der Spitze des keramischen Innenleiters 11 ist im me- tallischen Innenleiter 3 eine Taille 22 vorgesehen, welche die Biegefestigkeit des metallischen Innenleiters 3 verringert und das Zentrieren des metallischen Innenlei- ters 3 und des keramischen Innenleiters 11 aufeinander erleichtert.
In diesem Ausführungsbeispiel schirmt der metallische koaxiale Außenleiter 2 den metallischen Innenleiter 3 und dessen Verbindungsstelle nach außen hin ab.
Das in Figur 6 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass sich der metallische Außenleiter 2 von der Verbindungsstelle aus in die entgegengesetzte Richtung erstreckt und dadurch den metallischen Innenleiter 3 koaxial umschließt. Der metalli- sehe Außenleiter 2 hat keine gleich bleibende Wandstärke; diese ist vielmehr durch die im Verbindungsbereich vorgesehene konische Ausnehmung, welche zu der ke- gelstumpfförmigen Innenfläche 15 geführt hat, verringert.
Das in Figur 7 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel eines zusammengesetzten Leiters unterscheidet sich von dem in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass der metallische Außenleiter 2 mit gleich bleibender Wandstärke ausgebildet und über den Verbindungsbereich hinaus so verlängert ist, dass er nicht nur den keramischen koaxialen Leiter 1 , sondern auch den metallischen Innenleiter 3 koaxial umgibt.
Figur 8 zeigt eine Glühkerze, welche einen erfindungsgemäßen zusammengesetzten Leiter aufweist. Die Glühkerze hat ein metallisches Gehäuse 24 mit einem Kopfteil 25 mit einer konisch zulaufenden Öffnung darin. In einem Abstand von dem Kopfteil 25 befindet sich ein verdickter Gehäuseabschnitt mit einem Außengewinde 27. Am vorderen, vom Kopfteil 25 fernen Ende des Gehäuses 24 befindet sich eine zylindrische Öffnung 28, an welche ein sich ein konisch verjüngender Abschnitt 29 anschließt. Eine metallische Hülse 2, welche sich in einen konischen Abschnitt 2a fortsetzt und einen keramischen koaxialen Leiter 1 koaxial umschließt, ist von vorne her in die zylindrische Öffnung 28 eingeführt und in den konischen Abschnitt 29 einge- presst. Der keramische koaxiale Leiter 1 steht über das vordere Ende der Hülse 2 vor und ist durch ein Heizelement 30 abschlössen, welches den keramischen Au- ßenleiter 13 mit dem in Figur 8 nur gestrichelt dargestellten keramischen Innenleiter 11 verbindet.
Im konischen Abschnitt 2a der Hülse 2 befindet sich eine Lötverbindung zwischen dem keramischen Außenleiter 13 und der metallischen Hülse 2, welche einen koaxialen Außenleiter des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Leiters darstellt. Durch das Einpressen der Hülse 2 in das Gehäuse 24 übernimmt auch das Gehäuse 24 die Funktion eines koaxialen metallischen Außenleiters eines erfindungsgemäßen zusammengesetzten Leiters. Koaxial im Innern des Gehäuses 24 verläuft ein stab- förmiger metallischer Innenleiter 3, welcher ungefähr in der Mitte des Gehäuses 24 durch einen ringförmigen Isolator 6 gestützt und geführt ist und im Kopfteil 25 durch einen weiteren ringförmigen Isolator 31 gestützt und geführt ist. Vor dem ringförmigen Isolator 31 befindet sich im konischen Abschnitt der dortigen Gehäuseöffnung 26 noch ein Verschlussstück 32, welches zusammen mit dem ringförmigen Isolator 31 das hintere Ende des Gehäuses dicht abschließt. Auf dem hinteren Ende des metallischen Innenleiters 3 ist ein Anschlußpol 33 befestigt, welcher durch den ringförmigen Isolator 31 gegenüber dem Gehäuse 24 elektrisch isoliert ist.
Im vorderen Ende des metallischen Innenleiters 3 steckt der sich konisch verjüngen- de, aus der Hülse 2 in das Gehäuseinnere vorstehende keramische Innenleiter 11 und ist auf erfindungsgemäße Weise mit dem metallischen Innenleiter 3 verlötet. Zwischen dem keramischen Innenleiter 11 und dem ringförmigen Isolator 6 befindet sich im metallischen Innenleiter 3 eine Taille 22, deren Funktion vorstehend schon beschrieben wurde.
In Höhe des ringförmigen Isolators 6 sind der metallische Innenleiter 3 und die Innenwand des Gehäuses 24 aufgerauht oder mit einer Riffelung oder mit einer Rän- del 34 bzw. 35 versehen, die den Festsitz des ringförmigen Isolators 6 im Gehäuse 24 begünstigen sollen. Um den ringförmigen Isolator 6 zu fixieren, kann an der Stelle 36 das Gehäuse 24 ergänzend verformt werden, z.B. durch Krimpen etwas eingedrückt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass der metallische Innenleiter 3 beim Abziehen eines Anschlusssteckers vom Anschlußpol 33 nicht aus dem Gehäuse 34 herausgezogen wird.
Die Verbindung zwischen dem keramischen koaxialen Leiter 1 und den beiden me- tallischen Leitern 2 und 3 ist im Prinzip wie in Figur 2 dargestellt verwirklicht.
Die in Figur 9 dargestellte Glühkerze unterscheidet sich von der in Figur 8 dargestellten Glühkerze darin, dass im metallischen Innenleiter 3 eine Trennstelle 3a vorgesehen ist, durch welche dieser in zwei Abschnitte 3b und 3c unterteilt ist. Die Trennstel- Ie 3a liegt zwischen dem keramischen Innenleiter 11 und dem ringförmigen Isolator 6. Das macht es möglich, eine Anordnung aus dem keramischen koaxialen Leiter 1 , der metallischen Hülse 2 als Außenleiter und dem Abschnitt 3b des metallischen Innenleiters als Standard-Bauteil für unterschiedliche Ausführungsformen von Glühkerzen vorzufertigen und mit unterschiedlichen Gehäusen 24 und unterschiedlichen Abschnitten 3c des metallischen Außenleiters 3 zu kombinieren. Die beiden Abschnitte 3a und 3b können nach dem Zusammenbauen des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Leiters miteinander verlötet oder verschweißt werden.
Eine noch weitergehende Rationalisierung ermöglicht das in Figur 10 dargestellte Ausführungsbeispiel, welches sich von dem in Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass auch das Gehäuse 24 eine quer verlaufende Trennstelle 24a hat, durch die es in einen vorderen Abschnitt 24b und einen hinteren Abschnitt 24c unterteilt ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass nicht nur der aus dem keramischen koaxialen Leiter 1 , aus der Hülse 2 als Außenleiter und aus dem Abschnitt 3b des metallischen Innenleiters gebildete zusammengesetzte Leiter in Standardmaßen vorgefertigt werden kann, sondern auch der vordere Abschnitt 24c des Gehäuses, in welchen der in Standardmaßen vorgefertigte zusammengesetzte Leiter bereits vormontiert ist. Ein solches standardisiertes Vorderteil der Glühkerze kann mit unterschiedlich ausgebildeten hinteren Glühkerzenabschnitten ratio- nell kombiniert werden. Das gilt auch für das in Figur 11 dargestellte Ausführungsbeispiel, welches sich von dem in Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass die Trennstellen 3a und 24a in den Bereich zwischen dem ringförmigen Isolator 6 und dem Außengewinde 27 gelegt worden sind, so dass der Umfang der standardmäßigen Vorfertigung noch um den ringförmigen Isolator 6 vergrößert worden ist.
Zur Herstellung einer solchen Glühkerze wird zunächst der keramische koaxiale Leiter 1 auf erfindungsgemäße Weise mit der Hülse 2 als metallischem Außenleiter und mit dem Abschnitt 3b des metallischen Innenleiters verlötet und anschließend mit dem vorderen Abschnitt 24b des Gehäuses verbunden. Danach wird der vordere Abschnitt 24b des Gehäuses an der Stelle 36 verformt und presst den ringförmigen Isolator 6 gegen den Abschnitt 3b des metallischen Innenleiters. Als nächstes wird der hintere Abschnitt 3c am vorderen Abschnitt 3b des metallischen Innenleiters angebracht. Ist dies geschehen, wird der hintere Abschnitt 24c am vorderen Abschnitt 24b des Gehäuses 24 angebracht und abschließend werden das Verschlussstück 32, der ringförmige Isolator 31 und der Anschlußpol 33 montiert.
Figur 12 zeigt einen zusammengesetzten Leiter, bestehend aus einem länglichen keramischen Leiter 41 , welcher in einen keramischen Isolator 40 eingebettet ist, der ihn mantelförmig umgibt, sowie aus einem länglichen metallischen Leiter 33, bei welchem es sich um einen Anschlußpol handeln kann. Der metallische Leiter 33 hat an seinem Ende eine Kontaktfläche 38. Der keramische Leiter 41 hat an seinem Ende eine Kontaktfläche 39. Beide Kontaktflächen 38 und 39 verlaufen unter einem spitzen Winkel von z. B. 10° zur Längsachse der Leiter 33 und 41. Die Kontaktfläche 39 des keramischen Leiters 41 setzte sich in eine mit ihr fluchtende Schrägfläche des keramischen Isolators 40 fort. Zwischen den beiden Kontaktflächen 38 und 39 befindet sich eine Hartlotschicht 4, welche die gesamte Kontaktfläche 38 des metallischen Leiters bedeckt. Da die Kontaktfläche 38 größer ist als die Kontaktfläche 39 des keramischen Leiters 41 , bedeckt die Hartlotschicht 4 nicht nur vollständig die Kontaktfläche 39 des keramischen Leiters 41 , sondern auch noch einen Teil der an- grenzenden Schrägfläche des Isolators 40. Die Hartlotschicht 4 ist übertrieben dick dargestellt. Um die beiden Leiter 33 und 41 für den Lötvorgang zu positionieren, kann man z. B. zwei einander mit Abstand gegenüberliegende, vorpositionierte Hülsen verwenden, von denen die eine den metallischen Leiter 33 führt und ausrichtet und die andere den keramischen Leiter 41 mit seinem Mantel 40 führt und ausrichtet. Durch die Hülsen hindurch können die beiden Leiter gegeneinander vorgeschoben werden, bis ihre Kontaktflächen 38 und 39 unter Zwischenfügen einer Hartlotfolie 4 mit Druck aneinander liegen. Die beiden Hülsen werden in solchem Abstand voneinander angeordnet, dass sie den Bereich der Kontaktflächen 38 und 39 frei lassen. Nach dem Lötvorgang kann der zusammengesetzte Leiter durch die größere der beiden Hülsen hindurch aus den Hülsen herausgezogen werden.
Das in Figur 13 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt zwei zueinander parallele keramische Leiter 41 und 42, welche in einen sie ummantelnden Isolator 40 eingebet- tet sind. Beide keramische Leiter 41 und 42 sind mit einer schräg zu ihrer Längsachse verlaufenden Kontaktfläche 39 bzw. 44 versehen, welche sich jeweils in eine mit ihnen fluchtende Schrägfläche des Isolators 40 fortsetzt. Die Kontaktflächen 39 und 44 schneiden die Längsachse der keramischen Leiter 41 und 42 unter einem spitzen Winkel von z. B. 10° und bilden gemeinsam eine keilförmige Anordnung. Die Kon- taktflächen 39 und 44 sind mit jeweils einem metallischen Leiter 33 bzw. 45 hart verlötet, welche in gleicher Weise schräg verlaufende Kontaktflächen 43 haben. Die verbindende Hartlotschicht 4 ist übertrieben dick dargestellt und erstreckt sich über die Kontaktflächen und einen Teil der angrenzenden Schrägflächen des Isolators 40.
Um die Leiter zum Hartlöten zu positionieren, kann man die beiden metallischen Leiter 33 und 45 in einer Lehre, z. B. in einer im Querschnitt U-förmigen Schiene, festhalten und das sich keilförmig verjüngende Ende der Anordnung aus den beiden keramischen Leitern 41 und 42 und ihrem Isolators 40 in den keilförmigen Zwischenraum zwischen den beiden metallischen Leitern 33 und 45 einführen, bis die beider- seitigen Kontaktflächen unter Zwischenfügen einer Lotfolie 4 mit Druck aneinander liegen. Nach dem Hartlötvorgang, der z. B. induktiv erfolgen kann, kann der zusam- mengesetzte Leiter aus der Lehre entnommen werden.
Der in Figur 13 dargestellte zusammengesetzte Leiter eignet sich für eine Glühkerze mit keramischem Heizwiderstand in einer nicht koaxialen Anordnung der Leiter.
Das in Figur 14 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen keramischen Glühstift für eine Glühkerze, welcher aus einem U-förmig verlaufenden keramischen elektrischen Heizleiter 48 und einem keramischen Isolator 49 besteht, in welchen der Heizleiter 48 eingebettet ist. Der Glühstift ist an seinem dem Brennraum abgewandten Ende konisch ausgebildet. Der eine Schenkel des keramischen Heizleiters 48 führt auf geradem Weg zu der Konusfläche 50 des Glühstiftes und bildet dort eine erste Kontaktfläche 51. Der andere Schenkel des U-förmigen keramischen Heizleiters 48 hat ein abgewinkeltes Ende und endet unter Bildung einer zweiten Kontaktfläche 52 an einer Stelle der Konusfläche 50, welche von der Spitze der Konusfläche 50 einen größeren Abstand hat als die erste Kontaktfläche 51. Die zweite Kontaktfläche 52 ist mit einer metallischen Hülse 47 verlötet, welche einen Bestandteil des metallischen Gehäuses einer Glühkerze bildet oder damit verbunden ist und im Betrieb auf Massepotential liegt. Die erste Kontaktfläche 51 ist mit einem länglichen metallischen Leiter 46 verbunden, welcher rohrförmig ausgebildet ist und sich an seinem einen Ende konusförmig erweitert, und zwar mit einem Konuswinkel, welcher mit dem Konuswinkel des Glühstiftes übereinstimmt. Der metallische Leiter 46 führt im Betrieb der Glühkerze das positive Potential aus dem Bordnetz des Fahrzeuges mit Dieselmotor.
Zum Verbinden der Leiter miteinander wird ein aufgewickelter Abschnitt aus Hartlotfolie 4 in die konische Öffnung der metallischen Hülse 47 eingefügt und legt sich gegen deren konische Kontaktfläche 54 an. Ein weiterer aufgewickelter Abschnitt aus Hartlotfolie 5 wird in den rohrförmigen metallischen Leiter 46 eingeführt und legt sich an dessen konische Kontaktfläche 53 an. Durch Aufstecken der Hülse 47 und des metallischen Leiters 46 auf die Konusfläche 50 des keramischen Glühstiftes werden die Lotfolien 4 und 5 zwischen den mit Druck aneinander liegenden Konusflächen eingeklemmt, so dass der Sauerstoffzutritt beim Hartlöten stark behindert ist. Durch den beim Löten aufrechterhaltenen Druck entsteht eine dichte, gleichmäßig dünne Hartlotschicht zur Verbindung der keramischen und metallischen Kontaktflächen miteinander.
Zur Verwendung in Glühkerzen eignen sich als keramische Werkstoffe Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid. Als metallische Werkstoffe eignen sich z. B. die Stähle (15 und 11 S Mn Pb 30 sowie Inconel.
Die Erfindung ermöglicht eine preiswerte, für die Großserie geeignete Herstellung von Glühkerzen mit keramischem Glühstift, welche sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnen. Bei zweiteiligem Aufbau des metallischen Innenleiters können die keramischen Glühstifte sofort nach dem Verlöten mit ihren metallischen Zuleitungen geprüft werden. Die keramischen Glühstifte können als Standardteile auf Vorrat gefertigt werden. Die Endmontage kann dann an einem anderen Ort zu einer anderen Zeit erfolgen. Die Zuordnung zum Kundenauftrag mit unterschiedlichen hinteren Abschnitten erfolgt erst bei der Endmontage der Glühkerze. Durch einen zweiteiligen Aufbau von metallischem Innenleiter 3 und Gehäuse 24 können unterschiedliche Materialpaarungen an diesen Teilen verwirklicht werden.
Bezugszahlen:
1 keramischer koaxialer Leiter
2 metallischer Außenleiter
2a konischer Abschnitt
3 metallischer Innenleiter
3a Trennstelle
3b, 3c Abschnitte von 3
4 Lotschicht
5 Lotschicht
6 ringförmiger Isolator
7 Ausnehmung
8 kegelstumpfförmige Innenfläche in 3
9 zylindrisches Sackloch in 3
10 kegelstumpfförmige Mantelfläche auf 11
11 Innenleiter von 1
12 Isolator von 1
13 Außenleiter von 1
14 kegelstumpfförmige Mantelfläche auf 13
15 kegelstumpfförmige Innenfläche in 2
16 kegelstumpfförmige Mantelfläche auf 12
17 zylindrische Bohrung
18 kegelstumpfförmige Innenfläche von 11
19 zylindrisches Sackloch
20 kegelstumpfförmige Mantelfläche auf 3
21 stumpfe Endfläche
22 Taille
23 -
24 Gehäuse
24a Trennstelle 24b, 24c Abschnitte von 24
25 Kopfteil
26 Öffnung
27 Außengewinde
28 zylindrische Öffnung
29 konischer Abschnitt
30 Heizelement
31 Isolator
32 Verschlussstück
33 Anschlußpol
34 Rändel, Riffelung
35 Rändel, Riffelung
36 Stelle
37 Längsrichtung bzw. Längsachse
38 Kontaktfläche
39 Kontaktfläche
40 keramischer Isolator
41 keramischer Leiter
42 keramischer Leiter
43 Kontaktfläche
44 Kontaktfläche
45 metallischer Leiter
46 metallischer Leiter
47 metallische Hülse
48 keramischer Heizleiter
49 keramischer Isolator
50 Konusfläche
51 Kontaktfläche
52 Kontaktfläche
53 Kontaktfläche
54 Kontaktfläche

Claims

Ansprüche:
1. Zusammengesetzter elektrischer Leiter mit einem metallischen Leiter (3) und mit einem keramischen Leiter (11) oder Nichtleiter, von denen wenigstens einer länglich ist und welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Leiter (11) oder Nichtleiter und der metallische Leiter (3) über eine schräg zur Längsrichtung (37) des wenigstens einen länglichen Leiters (3, 11) verlaufende Kontaktfläche miteinander hart verlötet sind.
2. Leiter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der eine Leiter (3, 11) an seinem einen Ende verjüngt und dass der andere Leiter (11 , 3) eine dazu passende, sich verjüngende Ausnehmung hat, in welcher das sich verjüngende Ende des einen Leiters (3, 11) steckt.
3. Leiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der eine Leiter (3, 11) keilförmig oder konisch verjüngt und der andere Leiter (11 , 3) eine dazu passende keilförmige oder konische Ausnehmung hat.
4. Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Leiter (11) von einem elektrischen Isolator (12) umgeben ist.
5. Zusammengesetzter elektrischer Leiter, mit einem länglichen keramischen Innenleiter (11), mit einem den keramischen Innenleiter (11) umgebenden länglichen, keramischen Außenleiter (13), und mit einem zwischen dem keramischen Innenleiter (11) und dem keramischen Außenleiter (13) angeordneten Isolator (12), dadurch gekennzeichnet, dass mit dem keramischen Innenleiter (11) ein länglicher metallischer Innenleiter (3) elektrisch leitend verbunden ist, dass mit dem keramischen Außenleiter (13) ein länglicher, metallischer Außenleiter (2) elektrisch leitend verbunden ist, und dass wenigstens einer der beiden keramischen Leiter (11 , 13) und sein entsprechender metallischer Leiter (2, 3) ineinander stecken und über eine schräg zu ihrer Längsrichtung (37) verlaufende Mantelfläche (10, 14, 20) und über eine ihr gegenüberliegende Innenfläche (8, 15, 18) Kontakt machen, welche miteinander hart verlötet sind.
6. Leiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide keramische Leiter (11 , 13) und ihre entsprechenden metallischen Leiter (2, 3) ineinander stecken und über schräg zu ihrer Längsrichtung (37) verlaufende Mantelflächen (10, 14, 20) Kontakt machen und miteinander verlötet sind.
7. Leiter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Außenleiter (2) den metallischen Innenleiter (3) umgibt.
8. Leiter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleiter (3, 11) und Außenleiter (2, 13) koaxial zueinander angeordnet sind.
9. Leiter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kontakt machenden Mantelflächen (10, 14, 20) Kegelstumpfflächen sind.
10. Leiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine keramische Leiter (11 , 13) durch ein aktives Lot (4, 5) mit dem entsprechenden metallischen Leiter (2, 3) verlötet ist.
11. Leiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Kontakt machenden Fläche bzw. Mantelfläche
(10, 14, 20) und der Längsrichtung (37) kleiner als 45° ist.
12. Leiter nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel kleiner als 20°, vorzugsweise 5° bis 15° beträgt.
13. Leiter nach einem der Ansprüche 5 bis 12 in Verbindung mit Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Innenleiter (11), der keramische Außenleiter (13) und vorzugsweise auch der sie trennende Isolator (12) eine gemeinsame Kegelstumpffläche (11 , 13, 16) haben.
14. Leiter nach einem der Ansprüche 5 bis 12 in Verbindung mit Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Außenleiter (13) eine kegelstumpf- förmige Mantelfläche (14) und der keramische Innenleiter (11) eine kegelstumpf- förmige Innenfläche (18) hat.
15. Leiter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kegelstumpf- förmige Innenfläche (18) des keramischen Innenleiters (11) in eine zylindrisches Sackloch (19) fortsetzt.
16. Leiter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (12), welcher den keramischen Innenleiter (11) vom keramischen Außenleiter
(13) trennt, eine stumpfe Endfläche (21) hat.
17. Leiter nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Innenleiter (3) in der Nachbarschaft der Verbindungsstelle zum ke- ramischen Innenleiter (11) eine Taille (22) hat.
18. Leiter nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringspalt zwischen dem metallischen Außenleiter (2) und dem metallischen Innenleiter (3) nur stellenweise ein ringförmiger Isolator (6, 31) vorgesehen ist.
19. Leiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Glühkerze für einen Dieselmotor ausgebildet ist.
20. Glühkerze nach Anspruch 19 mit einem metallischen Gehäuse, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Gehäuse (24) der metallische Außenleiter oder ein Bestandteil des metallischen Außenleiters ist.
21. Glühkerze nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in jenem Ende ("vorderes Ende") des Gehäuses (24), welches der Brennkammer des Dieselmo- tors zugewandt ist, eine metallische Hülse (2) steckt, welche ein Bestandteil des
Außenleiters (2) ist.
22. Glühkerze nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Hülse (2) vom vorderen Ende her in das Gehäuse (24) gepresst ist.
23. Glühkerze nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2) über das vordere Ende des Gehäuses (24) vorsteht.
24. Glühkerze nach Anspruch 5 und 23, dadurch gekennzeichnet, dass der kera- mische Innenleiter (11) und der keramische Außenleiter (13) über das vordere
Ende der metallische Hülse (2) vorstehen und an ihrer Spitze durch ein keramisches Heizelement (30) miteinander verbunden sind.
25. Glühkerze nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (24) quer geteilt ist.
26. Glühkerze nach Anspruch 25 in Verbindung mit Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (24) in der Nachbarschaft des ringförmigen Isolators (6) geteilt ist.
27. Glühkerze nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Innenleiter (3) quer geteilt ist.
28. Glühkerze nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellen, an welchen der metallische Innenleiter (3) und das Gehäuse (24) quer geteilt sind, nahe beieinander liegen.
29. Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten Leiters nach einem der Ansprüche 5 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass , bevor die Außenleiter und/oder die Innenleiter in eine Ausnehmung gesteckt werden, welche in einem von ihnen vorhanden ist, eine aufgerollte Lotfolie in die Ausnehmung gesteckt und durch das Einstecken des jeweils anderen Leiters aufgedreht und eingeklemmt wird.
30. Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten Leiters nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, bevor der eine Leiter in eine Ausnehmung des anderen Leiters gesteckt wird, eine aufgerollte Lötfolie in die Ausnehmung gesteckt und durch das Einstecken des einen Leiters in die Ausnehmung des anderen Leiters aufgedreht und eingeklemmt wird.
31. Verfahren zum Herstellen einer Hartlötverbindung zwischen einem keramischen Bauteil und einem metallischen Bauteil durch
- Herstellen einer sich verjüngenden Ausnehmung in einem der beiden Bauteile,
- Herstellen einer in die Ausnehmung passenden Kontur auf der Außenseite des anderen Bauteils,
- Einbringen einer Folie aus einem Aktivlot in die Ausnehmung,
- Klemmen der Folie aus dem Aktivlot durch Zusammenstecken der beiden Bauteile,
- Erhitzen des Aktivlotes auf seine Arbeitstemperatur.
32. Verfahren nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivlot durch elektrische Induktion erhitzt wird.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktiv- lotfolie während des Erhitzens unter einem Druck gehalten wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass, die Ausnehmung konisch hergestellt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Ausnehmung passende Kontur konisch ausgebildet wird.
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